專利名稱：主動(dòng)紅外ccd焊縫檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)紅外的CCD焊縫檢測(cè)方法，用于工業(yè)領(lǐng)域的焊縫檢測(cè)，尤其適用于對(duì)汽車部件的焊縫檢測(cè)，屬于焊縫檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于焊縫檢測(cè)在工業(yè)中的重要性，人們多年來對(duì)焊縫的檢測(cè)方法進(jìn)行了許多的研究工作，現(xiàn)在對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)已成為一門發(fā)展快速的技術(shù)。目前主要有以下四種有效的方法1、硬射線(χ，γ)檢測(cè)；2、超聲波檢測(cè)；3、磁通方法檢測(cè)；4、CCD(固態(tài)攝像器)檢測(cè)。硬射線檢測(cè)中的χ，γ射線對(duì)人體有傷害，不安全。并且它還要建造鉛房來進(jìn)行工作。這種鉛房造價(jià)非常高，同時(shí)它的其它配套儀器設(shè)備價(jià)格非常昂貴，不能適應(yīng)汽車部件大批量生產(chǎn)的需要。磁通檢測(cè)雖然沒有硬射線對(duì)人體危害那么可怕，但是它的電磁污染也非常大，對(duì)周邊設(shè)備和環(huán)境都存在一定的影響。它的分割式直探頭，橫波斜探頭，表面波探頭，工作起來都需要屏蔽保護(hù)裝置，并且難以小型化。同時(shí)汽車本身部件的形狀和大小會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用于焊縫的質(zhì)量檢測(cè)。它具有檢測(cè)靈敏度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，但在檢測(cè)時(shí)需要超聲耦合劑，并對(duì)操作人員的技術(shù)要求很高。在汽車部件檢測(cè)時(shí)很多情況下不允許使用超聲耦合劑。同時(shí)國(guó)家規(guī)定鋼板厚度的下限是8mm。但是汽車焊接部件一般是薄板，檢測(cè)有一定難度，在技術(shù)和設(shè)備上增加投入，可以解決這個(gè)問題，但是會(huì)大大增加造價(jià)。CCD技術(shù)沒有以上三種方法的弊病，CCD傳感器為非接觸測(cè)量、可非常方便地將數(shù)碼信號(hào)通過接口傳送至計(jì)算機(jī)；CCD傳感器可以小型化，并且維護(hù)方便。CCD傳感器不能檢測(cè)到焊縫內(nèi)部焊接質(zhì)量，不過通過表面焊縫圖像的識(shí)別，完全可以得出是否漏焊、是否焊偏、焊縫的大小和形狀，從總體上評(píng)估焊接質(zhì)量。
目前工業(yè)上常用的檢測(cè)方法都集中在用CCD獲得焊縫在可見光下的彩色圖像進(jìn)行處理，以獲得焊縫的各種參數(shù)。在可見光下，圖像的光照模型是不穩(wěn)定動(dòng)態(tài)變化的，因此造成了焊縫的圖像處理相對(duì)比較復(fù)雜，而且對(duì)焊縫圖像的分割效果很差，也就影響了對(duì)焊縫參數(shù)的提取。如果采用智能學(xué)習(xí)的方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支持向量學(xué)習(xí)方法可能達(dá)到一定的分割效果但是速度慢不適合實(shí)時(shí)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法，處理簡(jiǎn)單快速，檢測(cè)精度高，適用各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明結(jié)合主動(dòng)紅外技術(shù)和CCD技術(shù)，提出了主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法，選擇紅外發(fā)光二極管作為主動(dòng)紅外成像的光源，CCD作為獲取主動(dòng)紅外圖像的檢測(cè)器，根據(jù)焊縫在焊接過程中顯微組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，獲取焊縫主動(dòng)紅外圖像，由計(jì)算機(jī)獲取CCD的視頻輸入，然后對(duì)焊縫紅外圖像進(jìn)行一系列處理，經(jīng)圖像濾波、圖像分割、圖像匹配后提取焊縫的各個(gè)特征參數(shù)來評(píng)估焊接質(zhì)量，并將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，最后對(duì)整個(gè)焊縫質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不符合要求的焊縫進(jìn)行報(bào)警，并形成報(bào)表。
本發(fā)明的方法主要包括紅外圖像獲取、圖像處理和數(shù)據(jù)庫管理三個(gè)步驟，具體如下1、紅外圖像獲取將紅外發(fā)光二極管陣列照射在被攝物體(焊縫)的表面，采用CCD作為獲取主動(dòng)紅外圖像的檢測(cè)器，獲取焊縫的近紅外反射圖像，送入計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明圖像獲取的光源選用紅外光源，由紅外發(fā)光二極管陣列構(gòu)成。所選用紅外發(fā)光二極管工作電壓為3V，工作電流為10mA，紅外光線峰值波長(zhǎng)880nm；紅外CCD可選用通用CCD，CCD帶紅外CCD專用濾光鏡，帶寬850nm-920nm，透射近紅外光，截止可見光。工作時(shí)，紅外光源呈一定的角度照射在被攝物體(焊縫)的表面，光束角度為34°；由CCD獲取焊縫的近紅外反射圖像，由計(jì)算機(jī)獲取CCD的視頻輸入。
2、圖像處理計(jì)算機(jī)獲取CCD視頻輸入后，對(duì)紅外圖像進(jìn)行圖像濾波、圖像分割、圖像匹配和圖像定標(biāo)處理，并提取焊縫的特征。采取中值濾波法進(jìn)行圖像濾波，消除一些噪聲點(diǎn)對(duì)整個(gè)分析處理的影響，同時(shí)不破壞焊縫的邊緣，采用迭代法求得最佳的圖像分割閾值，利用焊縫已知模型進(jìn)行匹配找出焊縫完成圖像匹配，找出圖像大小與實(shí)際大小之間的關(guān)系進(jìn)行圖像定標(biāo)，通過圖像定標(biāo)，得到焊縫的參數(shù)包括，焊縫的寬度、長(zhǎng)度和偏心距等，完成焊縫的特征提取。
3、數(shù)據(jù)庫管理計(jì)算機(jī)圖像處理完畢后，對(duì)整個(gè)焊縫質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，接著將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，并形成報(bào)表，對(duì)不符合要求的焊縫，計(jì)算機(jī)給出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行報(bào)警。
本發(fā)明具有顯著的優(yōu)良特性。選擇紅外發(fā)光二極管作為主動(dòng)紅外成像的光源，具有發(fā)光率高，成像清晰，近紅外輸出等許多優(yōu)點(diǎn)，采用主動(dòng)紅外技術(shù)的CCD焊縫圖像檢測(cè)，減少了周圍其他物體的相互輻射的影響，周圍物體的紅外輻射相對(duì)紅外光源可以忽略不計(jì)，同時(shí)減少了焊縫自身輻射的紅外光的影響，紅外圖像的光照模型相對(duì)比較穩(wěn)定。由于焊接過程中，焊縫的顯微組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，從而使得焊縫的熔合線處的紅外反射系數(shù)比母體和焊縫本身要低，相應(yīng)所獲取的紅外圖像中，該處灰度值相對(duì)其他部分要低。采用本發(fā)明的方法所獲取的主動(dòng)紅外圖像焊縫特征明顯，相應(yīng)的圖像處理算法簡(jiǎn)單快速，使本發(fā)明的檢測(cè)方法速度快、精度高(檢測(cè)精度為0.1mm)、穩(wěn)定可靠，在各種實(shí)際工業(yè)場(chǎng)合都具有應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法流程圖。
圖2為本發(fā)明主動(dòng)紅外檢測(cè)系統(tǒng)的圖像處理流程圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中獲取的焊縫紅外圖像。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)圖像分割后的焊縫紅外圖像。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中提取的焊縫紅外圖像。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法流程如圖1所示。首先采用CCD攝像機(jī)獲取焊縫的紅外圖像，選擇紅外發(fā)光二極管為紅外光源，將紅外發(fā)光二極管陣列照射在焊縫的表面，采用CCD作為獲取主動(dòng)紅外圖像的檢測(cè)器，該CCD帶紅外CCD專用濾光鏡，透射近紅外光，截止可見光；紅外發(fā)光二極管工作電壓為3V，工作電流為10uA，光線峰值波長(zhǎng)940nm，光束角度為34°，得到焊縫紅外圖像如圖3所示。
接著計(jì)算機(jī)對(duì)圖3焊縫紅外圖像進(jìn)行分析處理，處理過程如圖2所示。由計(jì)算機(jī)獲取CCD的視頻輸入后對(duì)視頻進(jìn)行分析處理。采取中值濾波法進(jìn)行圖像濾波，采用迭代法求得最佳的分割閾值，進(jìn)行圖像分割，所得的焊縫紅外圖像的分割圖如圖4所示。然后利用焊縫已知模型進(jìn)行圖像匹配找出焊縫，找出圖像大小與實(shí)際大小之間的關(guān)系進(jìn)行圖像定標(biāo)，并由此提取焊縫的特征，得到焊縫的寬度、長(zhǎng)度和偏心距等參數(shù)。提取的焊縫特征如圖5所示。
將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，最后對(duì)整個(gè)焊縫質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不符合要求的焊縫進(jìn)行報(bào)警，并形成報(bào)表。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法，其特征在于包括如下具體步驟1)紅外圖像獲取將紅外發(fā)光二極管陣列照射在焊縫的表面，采用CCD作為獲取主動(dòng)紅外圖像的檢測(cè)器，獲取焊縫的近紅外反射圖像，送入計(jì)算機(jī)，紅外發(fā)光二極管工作電壓為3V，工作電流為10mA，紅外光線峰值波長(zhǎng)880nm，CCD帶紅外CCD專用濾光鏡，帶寬850nm-920nm；2)圖像處理計(jì)算機(jī)獲取CCD視頻輸入后，對(duì)紅外圖像進(jìn)行圖像濾波、圖像分割、圖像匹配和圖像定標(biāo)處理，并提取焊縫的特征，采取中值濾波法進(jìn)行圖像濾波，采用迭代法求得最佳的圖像分割閾值，利用焊縫已知模型進(jìn)行圖像匹配找出焊縫，找出圖像大小與實(shí)際大小之間的關(guān)系進(jìn)行圖像定標(biāo)，得到焊縫的參數(shù)，包括焊縫的寬度、長(zhǎng)度和偏心距，完成焊縫的特征提取；3)數(shù)據(jù)庫管理計(jì)算機(jī)圖像處理完畢后，對(duì)整個(gè)焊縫質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，并形成報(bào)表，對(duì)不符合要求的焊縫，計(jì)算機(jī)給出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行報(bào)警。
全文摘要
一種主動(dòng)紅外CCD焊縫檢測(cè)方法，選擇紅外發(fā)光二極管作為主動(dòng)紅外成像的光源，CCD作為獲取主動(dòng)紅外圖像的檢測(cè)器，根據(jù)焊縫在焊接過程中顯微組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的變化，獲取焊縫主動(dòng)紅外圖像，由計(jì)算機(jī)獲取CCD的視頻輸入，然后對(duì)焊縫紅外圖像進(jìn)行一系列處理，經(jīng)圖像濾波、圖像分割、圖像匹配后提取焊縫的各個(gè)特征參數(shù)來評(píng)估焊接質(zhì)量，并將分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，最后對(duì)整個(gè)焊縫質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)不符合要求的焊縫進(jìn)行報(bào)警，并形成報(bào)表。本發(fā)明所獲取的主動(dòng)紅外圖像焊縫特征明顯，相應(yīng)的圖像處理簡(jiǎn)單快速，檢測(cè)速度快、精度高、穩(wěn)定可靠，適合于實(shí)際工業(yè)場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01N21/17GK1546995SQ20031010935
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者丁國(guó)清, 顏國(guó)正, 王志武, 陳太星 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)