專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光源交替頻閃同步攝像方法及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像的攝取方法及檢測(cè)系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種適用于機(jī)器人自動(dòng)化焊接、焊縫跟蹤檢測(cè)、焊后無(wú)損檢測(cè)跟蹤及物體表面檢測(cè)的光源交替頻閃同步攝像方法及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
焊接視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在焊接自動(dòng)化與智能化發(fā)展中具有重要地位，此技術(shù)廣泛應(yīng)用于焊縫自動(dòng)跟蹤(包括焊前自動(dòng)示教和在線(xiàn)跟蹤)、 焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)控制及焊后無(wú)損檢測(cè)等先進(jìn)制造領(lǐng)域。焊接視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)通常檢測(cè)的對(duì)象特征包括有坡口三維形貌、焊縫紋理、顏色、反射規(guī)律、光影特征、熔池形狀及焊縫成形等，獲取上述對(duì)象特征的圖像攝取方法包括有單獨(dú)采用激光掃描、單線(xiàn)或多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源在待測(cè)區(qū)域形成包含焊縫三維形貌信息的光條，或者單獨(dú)采用均勻面光源(形狀不限)照射待測(cè)區(qū)域通過(guò)提取圖像紋理特征或顏色特征實(shí)現(xiàn)焊縫的識(shí)別?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)焊縫進(jìn)行圖像攝取的方法主要有1、采用線(xiàn)結(jié)構(gòu)光(多為激光結(jié)構(gòu)光)照射坡口或焊縫表面，根據(jù)拍攝圖像中結(jié)構(gòu)光條發(fā)生的畸變獲取焊縫邊緣位置信息，此方法的不足對(duì)于坡口或焊縫三維結(jié)構(gòu)不明顯的情況，例如多層多道焊的蓋面焊跟蹤、焊后磨削焊縫的無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)導(dǎo)引等，結(jié)構(gòu)光無(wú)明顯的畸變，難以獲得準(zhǔn)確的邊緣位置信息，而焊接工件表面的不平整或雜質(zhì)也可能造成邊緣的誤判，無(wú)法保證穩(wěn)定可靠的跟蹤。2、采用黑白或彩色攝像機(jī)拍攝焊縫表面成形的外觀(guān)，對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，并不能實(shí)現(xiàn)形貌測(cè)量和基于圖像技術(shù)的缺陷判定和焊縫成形質(zhì)量評(píng)價(jià)。3、采用雙攝像機(jī)分別攝取投射在焊縫位置的線(xiàn)狀激光和焊接熔池，分別進(jìn)行焊縫跟蹤和熔池觀(guān)察，或者采用雙攝像機(jī)獲取多線(xiàn)結(jié)構(gòu)光圖像與自然光或電弧光照明下的圖像，此方法的不足采用雙攝像機(jī)，增大了傳感系統(tǒng)的體積，極大限制了機(jī)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)(特別是機(jī)器人焊接應(yīng)用)中的可達(dá)性。4、通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將濾光片在焊接開(kāi)始前推至鏡頭前、在焊接結(jié)束后從鏡頭前移開(kāi)，此方法無(wú)法在焊接過(guò)程中實(shí)現(xiàn)待測(cè)物體多種特征的同時(shí)獲取。5、將熔池與凝固焊縫分別采集到圖像的不同區(qū)域進(jìn)行處理，此方法不能實(shí)現(xiàn)針對(duì)同一對(duì)象獲取不同光學(xué)特征。6、拍攝時(shí)將照射焊縫區(qū)域的激光光源與線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源同時(shí)點(diǎn)亮，獲得線(xiàn)激光光條與周?chē)缚p同時(shí)存在的圖像，此方法不足采集圖像時(shí)焊縫同時(shí)被高亮面光源與線(xiàn)結(jié)構(gòu)光源照亮，焊縫灰度信息與結(jié)構(gòu)光條畸變互相干擾，給后續(xù)圖像處理帶來(lái)不便。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)均無(wú)法實(shí)現(xiàn)僅采用一個(gè)攝像機(jī)在焊接過(guò)程中對(duì)待測(cè)物體同一位置的多種光學(xué)特征進(jìn)行同步、實(shí)時(shí)采集。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，焊縫情況比較復(fù)雜，利用單一特征的視覺(jué)檢測(cè)方法常常不足以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的焊縫跟蹤，更無(wú)法滿(mǎn)足同時(shí)進(jìn)行跟蹤與質(zhì)量控制的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)物體同一位置的多種光學(xué)特征進(jìn)行同步、實(shí)時(shí)獲取的光源交替頻閃同步攝像方法及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種光源交替頻閃同步攝像方法，包括以下步驟1)設(shè)置包括有攝像機(jī)、窄帶濾光片、光源、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置、圖像采集卡和圖像處理模塊的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；所述攝像機(jī)采用一個(gè)，所述光源采用兩個(gè)以上；2)將所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在一待測(cè)物體的上方，調(diào)節(jié)每一光源與攝像機(jī)和待測(cè)物體的相對(duì)位置；3)所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置同時(shí)發(fā)送多路具有相位差的同步方波信號(hào)到所述攝像機(jī)的快門(mén)和各光源觸發(fā)其分別進(jìn)行工作；4)在所述同步方波信號(hào)的某一觸發(fā)周期中，各所述光源交替點(diǎn)亮照射所述待測(cè)物體，在每一所述光源點(diǎn)亮期間，所述攝像機(jī)快門(mén)攝取所述光源照射的待測(cè)物體的圖像，并將其經(jīng)所述圖像采集卡發(fā)送到所述圖像處理模塊；5)在整個(gè)同步方波信號(hào)的不同觸發(fā)周期，各所述光源以一定的頻率周期交替點(diǎn)亮或熄滅，所述攝像機(jī)快門(mén)交替攝取所述待測(cè)物體的圖像，直到完成整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。所述攝像機(jī)快門(mén)的信號(hào)觸發(fā)沿與各所述光源的信號(hào)觸發(fā)沿之間的時(shí)間差分別小于各所述光源的單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r間，且同時(shí)攝像機(jī)快門(mén)時(shí)間t滿(mǎn)足t〈=ti，i=l，2-N，其中ti為 第i個(gè)光源在一個(gè)頻閃周期中單獨(dú)點(diǎn)亮狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，N為光源數(shù)量。各所述光源kl、k2…kN分別滿(mǎn)足小于di，其中，kl、k2…kN分別為各光源在每個(gè)頻閃周期中同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，di為各光源中任意一個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中的點(diǎn)亮?xí)r間，其中i=l、2…N。所述攝像機(jī)快門(mén)采用的曝光時(shí)間為O 20ms。實(shí)現(xiàn)所述方法的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括一攝像機(jī)、兩個(gè)以上的光源、一觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置、一圖像采集卡和一圖像處理模塊；所述攝像機(jī)的前端設(shè)置有一窄帶濾光片，每一所述光源通過(guò)一支架與所述攝像機(jī)固定連接，所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置的輸出端分別與所述攝像機(jī)和每一所述光源的觸發(fā)接口相連接控制其進(jìn)行工作，所述攝像機(jī)的輸出端連接所述圖像采集卡的輸入端，所述圖像采集卡輸出端連接所述圖像處理模塊。 所述攝像機(jī)采用(XD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、模擬攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)中的一種。所述光源采用面光源、多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、單線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、鹵素?zé)艉屠涔鉄糁械囊环N及以上。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括一攝像機(jī)、兩個(gè)以上光源和一觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置，觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置同時(shí)發(fā)送多路具有相位差的同步方波信號(hào)分別控制攝像機(jī)和各光源工作，各光源以一定的頻率周期交替點(diǎn)亮或熄滅，攝像機(jī)交替攝取待測(cè)物體的圖像，由于采用一攝像機(jī)在近似同時(shí)的情況下完成對(duì)待測(cè)物體同一位置的多特征的實(shí)時(shí)采集，因此經(jīng)過(guò)多特征融合可以獲得更加精確的待測(cè)物體視覺(jué)信息，有利于在焊接過(guò)程或表面檢測(cè)中對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行觀(guān)察和監(jiān)視，結(jié)合圖像處理與識(shí)別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)物體穩(wěn)定可靠地跟蹤，并滿(mǎn)足質(zhì)量控制的需求。2、本發(fā)明僅僅采用了一攝像機(jī)完成對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行圖像攝取，因此可以有效減少視覺(jué)傳感系統(tǒng)的體積，使其能夠更廣泛應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)特別是機(jī)器人焊接中，提高設(shè)備的可達(dá)性，且能夠以盡量少的圖像處理計(jì)算量完成多重的特征識(shí)別與信息融合任務(wù)。3、本發(fā)明由于各光源交替點(diǎn)亮，攝像機(jī)攝取每一光源單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r照射待測(cè)物體的圖像，因此能夠避免待測(cè)物體被不同光源同時(shí)照亮造成圖像中各種信息互相干擾，極大地方便了后續(xù)圖像的處理，效率得到很大提高。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于焊接機(jī)器人或其它自動(dòng)化設(shè)備的坡口檢測(cè)、焊縫跟蹤、焊后無(wú)損檢測(cè)跟蹤、焊縫成型質(zhì)量檢測(cè)及物體表面檢測(cè)等技術(shù)對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行圖像攝取的過(guò)程中。


圖I是本發(fā)明視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中控制雙光源與攝像機(jī)快門(mén)的三路同步觸發(fā)信號(hào)示意圖；圖3是采用本發(fā)明同時(shí)進(jìn)行焊縫余高檢測(cè)與表面缺陷檢測(cè)的圖像效果示意圖，其中，圖3 (a)是面光源照射下的焊縫表面紋理效果示意圖，其中排列的若干條紋為焊縫的紋理示意圖，圖3 (b)是激光結(jié)構(gòu)光源照射下的效果示意圖；圖4是本發(fā)明對(duì)高反射率金屬坡口進(jìn)行檢測(cè)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例I :如圖I所示，本發(fā)明的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括一攝像機(jī)I、一環(huán)形的面光源2、一多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3、一觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4、一圖像采集卡5和一圖像處理模塊6。攝像機(jī)I鏡頭前端套設(shè)有一窄帶濾光片(圖中未示出)，面光源2經(jīng)一外設(shè)支架固定設(shè)置在攝像機(jī)I正下方，多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3經(jīng)另一外設(shè)支架固定設(shè)置在攝像機(jī)I 一側(cè)，多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的光平面與攝像機(jī)I鏡頭光軸方向成45°。觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4的輸出端分別與攝像機(jī)I、面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的觸發(fā)接口相連接控制其進(jìn)行工作，攝像機(jī)I的輸出端連接圖像采集卡5的輸入端，圖像采集卡5輸出端連接圖像處理模塊6。 上述實(shí)施例中，攝像機(jī)I可以采用(XD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、模擬攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)中的一種，本發(fā)明的所有實(shí)施例均采用CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，面光源2可以采用LED單色面光源。上述各實(shí)施例中，面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3根據(jù)實(shí)際需要均可以替換為鹵素?zé)艉屠涔鉄舻染哂休^高動(dòng)態(tài)特性的光源，面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的kl、k2均滿(mǎn)足小于di，其中，kl、k2分別為兩個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，di為兩個(gè)光源中任意一個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中的點(diǎn)亮?xí)r間，其中i=l、2，即在每個(gè)頻閃周期中每一光源的點(diǎn)亮?xí)r間要大于兩個(gè)光源同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間，保證兩個(gè)光源是一直處于交替點(diǎn)亮的狀態(tài)，若光源數(shù)量為兩個(gè)以上，各光源kl、k2…kN分別滿(mǎn)足小于di，其中，kl、k2…kN分別為各光源在每個(gè)頻閃周期中同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，di為各光源中任意一個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中的點(diǎn)亮?xí)r間，其中i=l、2…N，N為光源數(shù)量。如圖I、圖2所示，下面以焊縫7為待測(cè)對(duì)象作為具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明光源交替頻閃同步攝像方法的過(guò)程I、將視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在待測(cè)焊縫7上方，根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)節(jié)每一光源與CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I和待測(cè)物體7的相對(duì)位置。2、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4同時(shí)發(fā)送三路具有相位差的同步方波信號(hào)分別到CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)1、LED單色面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3觸發(fā)其分別進(jìn)行工作，如圖2所示，觸發(fā)信號(hào)包括CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的觸發(fā)信號(hào)、LED單色面光源2的觸發(fā)信號(hào)和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的觸發(fā)信號(hào)。3、在T1 T2期間，LED單色面光源2的觸發(fā)電壓為高電平，多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的觸發(fā)電壓為低電平，此時(shí)LED單色面光源2點(diǎn)亮發(fā)出均勻光照射焊縫7，多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3處于熄滅狀態(tài)，在T1 T2期間，控制CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的觸發(fā)信號(hào)的上升沿到來(lái)，啟動(dòng)快門(mén)，拍攝得到光照均勻的焊縫圖像，并將攝取的焊縫圖像通過(guò)圖像采集卡5發(fā)送到處理模塊6進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。4、在T2 T3期間，LED單色面光源2的觸發(fā)電壓為低電平，多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源I的觸發(fā)電壓為高電平，此時(shí)多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3點(diǎn)亮發(fā)出多條結(jié)構(gòu)光照射焊縫7，LED單色面光源2處于熄滅狀態(tài)，在T2 T3期間控制CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的觸發(fā)信號(hào)的上升沿到來(lái)，啟動(dòng)快門(mén)，拍攝得到焊縫結(jié)構(gòu)光圖像，并將其通過(guò)圖像采集卡5發(fā)送到處理模塊6進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。5、在整個(gè)同步方波信號(hào)的不同周期，LED單色面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3交替點(diǎn)亮或熄滅，CXD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I重復(fù)步驟3和4交替攝取焊縫圖像，直到完成整個(gè)焊縫的圖像采集。 6、圖像處理模塊6將攝取的所有圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，可以同時(shí)得到焊縫7的紋理特征和焊縫邊緣位置信息。上述實(shí)施例中，LED單色面光源2和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3均為高電平時(shí)點(diǎn)亮低電平時(shí)熄滅，CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I采用上升沿觸發(fā)模式，在實(shí)際使用中可以根據(jù)需要靈活選擇兩個(gè)光源的點(diǎn)亮方式和攝像機(jī)的觸發(fā)方式，例如攝像機(jī)可以采用下降沿觸發(fā)，也可采用脈沖觸發(fā)。上述實(shí)施例中，為了保證C⑶數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I可以攝取到每一光源單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r照射待測(cè)物體的圖像，要求觸發(fā)CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的快門(mén)信號(hào)的觸發(fā)沿與各光源的觸發(fā)沿之間的時(shí)間差分別小于各光源的單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r間，且同時(shí)CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的快門(mén)時(shí)間(拍攝時(shí)間)t滿(mǎn)足t〈=ti i=l,2···,其中ti為第i個(gè)光源在一個(gè)頻閃周期中單獨(dú)點(diǎn)亮狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，N為光源數(shù)量。CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I還可以根據(jù)各光源實(shí)際拍攝的需要，采用不同的曝光時(shí)間，曝光時(shí)間可以為O 20ms。上述實(shí)施例中，LED單色面光源2的中心波長(zhǎng)和多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源3的激光波長(zhǎng)均與窄帶濾波片的中心波長(zhǎng)一致，保證在CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I攝取圖像的過(guò)程中可以濾除大部分弧光干擾。綜上所述，通過(guò)基于紋理特征的圖像分割能夠穩(wěn)定地反映焊縫與母材區(qū)的區(qū)別，基于結(jié)構(gòu)光的焊縫邊緣位置信息可以精確檢出邊緣，采用本發(fā)明的方法可以同時(shí)得到以上兩種方法的信息，在焊縫識(shí)別的精度和統(tǒng)計(jì)正確率上互補(bǔ)，在后續(xù)處理時(shí)可以將獲取的焊縫圖像的兩個(gè)特征信息進(jìn)行融合，得到準(zhǔn)確可靠的焊縫位置信息。實(shí)施例2 本實(shí)施例以焊縫表面的缺陷為待測(cè)對(duì)象為具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明光源交替頻閃同步攝像方法的過(guò)程，本實(shí)施例與實(shí)施例I所采用的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，本實(shí)施例的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)用于焊接完成后進(jìn)行的視覺(jué)檢測(cè)。如圖2、圖3所示，檢測(cè)時(shí)，LED單色面光源2垂直照射在焊縫表面，激光結(jié)構(gòu)光源3傾斜投射在焊縫表面，在焊縫表面所形成的線(xiàn)狀光條方向與焊縫方向垂直，采用上述實(shí)施例I的光源交替頻閃同步攝像方法對(duì)焊縫表面缺陷圖像進(jìn)行攝取，過(guò)程為(如圖2所示)觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4同時(shí)發(fā)送三路具有相位差的同步方波信號(hào)分別到CXD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)1、LED單色面光源2和激光結(jié)構(gòu)光源3觸發(fā)其分別進(jìn)行工作，在三路同步方波信號(hào)的觸發(fā)下，LED單色面光源2和激光結(jié)構(gòu)光源3交替點(diǎn)亮，CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I交替攝取LED單色面光源2照射下的焊縫紋理圖像和激光結(jié)構(gòu)光源3照射下的焊縫結(jié)構(gòu)光圖像，并分別通過(guò)圖像采集卡5將其發(fā)送到圖像處理模塊6進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。本實(shí)施例中，激光結(jié)構(gòu)光源3可以采用單線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源或多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源。綜上所述，本實(shí)施例將焊縫的均勻光照?qǐng)D像進(jìn)行處理可以判斷焊縫的紋理規(guī)則程度，以及是否存在夾渣、咬邊、表面裂紋等表面缺陷(如圖3 (a)所示)，將焊縫結(jié)構(gòu)光圖像經(jīng)過(guò)二值化處理可以得到每一條結(jié)構(gòu)光條的畸變情況(如圖3 (b)所示)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到焊縫余高信息，因此采用本發(fā)明可以同時(shí)完成余高測(cè)量和焊縫表面缺陷和焊道外觀(guān)的自動(dòng)檢測(cè)，生產(chǎn)效率得到很大提高。實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例I和實(shí)施例2的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，不同點(diǎn)在于將兩個(gè)光源2、3分別通過(guò)外設(shè)支架固定在CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的兩側(cè)，每個(gè)光源的發(fā)光面法向與CXD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的軸線(xiàn)夾角為20 40度。攝像前，CXD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I軸線(xiàn)正對(duì)金屬坡口 8。攝像時(shí)，C⑶數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I的軸線(xiàn)垂直于待測(cè)區(qū)域表面。如圖4所示，本實(shí)施例以高反射率金屬坡口 8為待測(cè)對(duì)象作為具體實(shí)施例再次說(shuō)明光源交替頻閃同步攝像方法的過(guò)程，采用上述實(shí)施例I的光源交替頻閃同步攝像方法對(duì)金屬坡口 8圖像進(jìn)行攝取的過(guò)程為(如圖2所示)觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4同時(shí)發(fā)送三路具有相位差的同步方波信號(hào)分別到CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I、光源2和光源3觸發(fā)其分別進(jìn)行工作，在三路同步方波信號(hào)的觸發(fā)下，光源2和光源3交替點(diǎn)亮，CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)I交替攝取兩個(gè)光源1、2照射下的金屬坡口圖像，并將其分別通過(guò)圖像采集卡5發(fā)送到圖像處理模塊6進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。本實(shí)施例中，光源I和光源2可以根據(jù)需要分別采用LED面光源、多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、單線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、鹵素?zé)艋蚶涔鉄簟＞C上所述，本實(shí)施例中經(jīng)光源I照射的金屬坡口圖像中，金屬坡口左側(cè)斜面因反射比坡口右側(cè)斜面具有更大的亮度，因而在圖像上具有更大灰度級(jí)；經(jīng)光源2照射下的金屬坡口圖像中則反之。因此，利用圖像處理模塊6實(shí)時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行逐像素對(duì)應(yīng)作差和二值化的操作，可以得到金屬坡口的中心位置；連續(xù)交替完成金屬坡口所有圖像采集后，可以實(shí)時(shí)獲得金屬坡口的位置信息，實(shí)現(xiàn)金屬坡口的跟蹤。上述各實(shí)施例中，本發(fā)明的所有實(shí)施例中光源均采用兩個(gè)，但是實(shí)際使用時(shí)，光源的數(shù)量可以根據(jù)需要采用兩個(gè)以上，當(dāng)光源的數(shù)目為兩個(gè)以上時(shí)，觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置4也需要同時(shí)發(fā)送與之相對(duì)應(yīng)的具有相位差的同步方波信號(hào)對(duì)各光源分別進(jìn)行控制。上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各光學(xué)其間的結(jié)構(gòu)和位置、攝像方法的步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種光源交替頻閃同步攝像方法，包括以下步驟 1)設(shè)置包括有攝像機(jī)、窄帶濾光片、光源、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置、圖像采集卡和圖像處理模塊的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；所述攝像機(jī)采用一個(gè)，所述光源采用兩個(gè)以上； 2)將所述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)放置在一待測(cè)物體的上方，調(diào)節(jié)每一光源與攝像機(jī)和待測(cè)物體的相對(duì)位置； 3)所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置同時(shí)發(fā)送多路具有相位差的同步方波信號(hào)到所述攝像機(jī)的快門(mén)和各光源觸發(fā)其分別進(jìn)行工作； 4)在所述同步方波信號(hào)的某一觸發(fā)周期中，各所述光源交替點(diǎn)亮照射所述待測(cè)物體，在每一所述光源點(diǎn)亮期間，所述攝像機(jī)快門(mén)攝取所述光源照射的待測(cè)物體的圖像，并將其經(jīng)所述圖像采集卡發(fā)送到所述圖像處理模塊； 5)在整個(gè)同步方波信號(hào)的不同觸發(fā)周期，各所述光源以一定的頻率周期交替點(diǎn)亮或熄滅，所述攝像機(jī)快門(mén)交替攝取所述待測(cè)物體的圖像，直到完成整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。
2.如權(quán)利要求I所述的一種光源交替頻閃同步攝像方法，其特征在于所述攝像機(jī)快門(mén)的信號(hào)觸發(fā)沿與各所述光源的信號(hào)觸發(fā)沿之間的時(shí)間差分別小于各所述光源的單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r間，且同時(shí)攝像機(jī)快門(mén)時(shí)間t滿(mǎn)足t〈=ti, i=l, 2…N,其中ti為第i個(gè)光源在一個(gè)頻閃周期中單獨(dú)點(diǎn)亮狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間，N為光源數(shù)量。
3.如權(quán)利要求I所述的一種光源交替頻閃同步攝像方法，其特征在于各所述光源kl、k2…kN分別滿(mǎn)足小于di，其中，kl、k2…kN分別為各光源在每個(gè)頻閃周期中同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，di為各光源中任意一個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中的點(diǎn)亮?xí)r間，其中i=l、2…N。
4.如權(quán)利要求2所述的一種光源交替頻閃同步攝像方法，其特征在于各所述光源kl、k2…kN分別滿(mǎn)足小于di，其中，kl、k2…kN分別為各光源在每個(gè)頻閃周期中同時(shí)處于發(fā)光狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，di為各光源中任意一個(gè)光源在每個(gè)頻閃周期中的點(diǎn)亮?xí)r間，其中i=l、2…N。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種光源交替頻閃同步攝像方法，其特征在于所述攝像機(jī)快門(mén)采用的曝光時(shí)間為O 20ms。
6.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求I 5任一項(xiàng)所述方法的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括一攝像機(jī)、兩個(gè)以上的光源、一觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置、一圖像采集卡和一圖像處理模塊；所述攝像機(jī)的前端設(shè)置有一窄帶濾光片，每一所述光源通過(guò)一支架與所述攝像機(jī)固定連接，所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置的輸出端分別與所述攝像機(jī)和每一所述光源的觸發(fā)接口相連接控制其進(jìn)行工作，所述攝像機(jī)的輸出端連接所述圖像采集卡的輸入端，所述圖像采集卡輸出端連接所述圖像處理模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的一種視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述攝像機(jī)采用CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、模擬攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)中的一種。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光源采用面光源、多線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、單線(xiàn)激光結(jié)構(gòu)光源、鹵素?zé)艉屠涔鉄糁械囊环N及以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光源交替頻閃同步攝像方法及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置包括有攝像機(jī)、窄帶濾光片、光源、觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置、圖像采集卡和圖像處理模塊的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；將其放置在待測(cè)物體的上方；觸發(fā)信號(hào)發(fā)生裝置同時(shí)發(fā)送多路同步方波信號(hào)到攝像機(jī)快門(mén)和各光源觸發(fā)其工作；在同步方波信號(hào)的某一觸發(fā)周期中，各光源交替點(diǎn)亮照射待測(cè)物體，在每一光源點(diǎn)亮期間，攝像機(jī)攝取光源照射的待測(cè)物體圖像，并將其經(jīng)圖像采集卡發(fā)送到圖像處理模塊；在整個(gè)同步方波信號(hào)的不同觸發(fā)周期，各光源以一定的頻率周期交替點(diǎn)亮或熄滅，攝像機(jī)交替攝取待測(cè)物體的圖像，直到完成待測(cè)物體所有圖像的采集。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人自動(dòng)化焊接中的坡口檢測(cè)、實(shí)時(shí)焊縫跟蹤、焊縫成型質(zhì)量檢測(cè)等對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行圖像攝取的過(guò)程中。
文檔編號(hào)B23K37/00GK102780845SQ20121019985
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者張文增, 曾錦樂(lè), 王力, 鄒怡蓉, 都東 申請(qǐng)人:清華大學(xué)