CN107894217B - 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法 - Google Patents

基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107894217B
CN107894217B CN201711122269.7A CN201711122269A CN107894217B CN 107894217 B CN107894217 B CN 107894217B CN 201711122269 A CN201711122269 A CN 201711122269A CN 107894217 B CN107894217 B CN 107894217B
Authority
CN
China
Prior art keywords
line segment
welding seam
stitch welding
coordinate
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711122269.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107894217A (zh
Inventor
李凯
何广忠
刘立国
王春生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Original Assignee
CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd filed Critical CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Priority to CN201711122269.7A priority Critical patent/CN107894217B/zh
Publication of CN107894217A publication Critical patent/CN107894217A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107894217B publication Critical patent/CN107894217B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，涉及激光叠焊焊缝检测技术领域，解决现有激光叠焊焊缝检测技术存在检测效率低，无法满足生产交检节拍的需求等问题，采用线结构光传感器测量激光叠焊焊缝表面形状的特征点P1，P2,…,P5；将获得的测量点采用线段P1P2和线段P4P5表示，将特征点P1、P2、P4、P5的坐标代入式f1(x)、f2(x)，并求解线段P1P2和线段P4P5延长线的交点Q1，根据特征点P2、P4求解得到线段P2P4的中点Q2，求解出线段Q1Q2中点Q3的坐标以及特征点P3的坐标，求得被测激光叠焊焊缝的下凹量h。本方法能够替代传统百分表测量方法，从而在检测效率、检测精度、操作强度上具有明显优势，同时也便于检测设备的小型化、集成化。

Description

基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法
技术领域
本发明涉及激光叠焊焊缝检测技术领域，具体涉及一种基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法。
背景技术
激光叠焊接头是新型轨道客车结构中的常见接头型式，由于装配间隙的影响，常出现焊缝表面下凹的问题。研究表明，对于确定的板厚组合，焊缝下凹量不超过某一确定的阈值就能够满足承载要求，因此，激光叠焊的焊缝下凹量检测能够作为评价焊缝性能的重要依据之一。但目前尚无精确、快速、便捷的检测方法，而采用传统百分表测量的方法，其检测效率低下，难以满足生产交检节拍的需求。因此需要开发一种能够适用于激光叠焊焊缝外观质量检测的方法。
线结构光传感器是工业上常见的视觉传感器，能够对激光条纹处的深度方向进行探测，从而获取截面形状信息，线结构光传感器在自动焊领域多用于焊缝跟踪，应用于激光焊缝下凹量检测尚无报道。
为了替代传统百分表测量的方法，需要一种能够满足精确、便捷的检测需求和流水化作业时的生产节拍要求的检测方法。而采用线结构光传感器的检测方法能够解决以上问题，其核心既是线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测算法，该算法考虑了常见的激光叠焊焊缝变形特点，能够解决激光叠焊焊缝下凹量的检测需求。
发明内容
本发明为解决现有激光叠焊焊缝检测技术存在检测效率低，无法满足生产交检节拍的需求等问题，提供一种基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法。
基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，该方法具体过程为：
步骤一、采用线结构光传感器测量激光叠焊焊缝表面形状的特征点P1，P2,…,P5；
步骤二、将步骤一获得的测量点采用线段P1P2和线段P4P5表示，且线段P1P2和线段P4P5用下式表示为：
f1(x)＝k1x+b1
f2(x)＝k2x+b2
将特征点P1、P2、P4、P5的坐标代入式f1(x)、f2(x)，可得下式：
Figure BDA0001467615260000021
Figure BDA0001467615260000022
步骤三、根据步骤二中式f1(x)和f2(x)求解线段P1P2和线段P4P5延长线的交点Q1，所述交点Q1的坐标(xq1,yq1)用下式表示为：
Figure BDA0001467615260000023
步骤四、根据特征点P2、P4求解得到线段P2P4的中点Q2，所述中点Q2的坐标(xq2,yq2)用下式表示为：
Figure BDA0001467615260000024
步骤五、求解出线段Q1Q2中点Q3的坐标(xq3,yq3)得
Figure BDA0001467615260000025
根据获得的中点Q3的坐标(xq3,yq3)，以及P3点坐标(x3,y3)，可以求得被测激光叠焊焊缝的下凹量h，用下式表示为：
Figure BDA0001467615260000031
本发明的有益效果：本发明所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，存在以下优点：
(1)针对激光叠焊焊缝下凹量的检测需求，本方法能够替代传统百分表测量方法，从而在检测效率、检测精度、操作强度上具有明显优势。
(2)本算法通过解析方式，考虑了手持检测过程中工件表面与传感器下表面不平行(倾斜)及叠焊焊缝两侧工件表面不平行的问题，具有较好的鲁棒性。
(3)本发明所述方法求解简单，对处理单元要求不高，能够满足响应要求，同时也便于检测设备的小型化、集成化。
附图说明
图1为叠焊焊接头两板存在间隙时的原理图；
图2为采用线结构光传感器检测焊缝表面的原理图；
图3为激光叠焊焊缝下凹量的示意图；
图4为工作表面与传感器倾斜时的位置关系示意图；
图5为激光叠焊焊缝两侧工作表面不平行的示意图；
图6为本发明所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，当叠焊焊接头两板存在间隙时(图1所示)，焊缝表面会出现下凹，其下凹量直接影响焊接接头性能；图2是采用线结构光传感器进行扫描时的示意图，通过工装保证光平面传感器进行扫描时激光线垂直于焊缝方向。其下凹量h(图3)定义为工件表面到焊缝凹槽最底处的垂直距离。
实际测量中，可能出现如图4、图5所示的情况，在设计检测算法时需要一并考虑在内。图4所示为手持扫描过程中工件表面与传感器下表面不平行(倾斜)，需要在检测算法中加入倾斜补偿。图5所示为叠焊焊缝两侧工件表面不平行，存在一定的夹角。需要在检测算法中加入变形修正。具体检测过程为：
(1)线结构光传感器在扫描轮廓时，根据轮廓表面形状可以获取一系列点及其坐标，以点Pi及其坐标(xi,yi)来表示线结构光传感器扫描得到的焊缝表面信息，传感器根据这些检测到的点能够给出如图6所示焊缝表面形状的特征点P1，P2,…,P5。
(2)将直线P1P2、P4P5分别表示为f1(x)、f2(x)，则有
f1(x)＝k1x+b1 (式1)
f2(x)＝k2x+b2 (式2)
将P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P4(x4,y4)、P5(x5,y5)的坐标代入上式可求得f1(x)、f2(x)的表达式，有
Figure BDA0001467615260000041
Figure BDA0001467615260000042
(3)根据f1(x)、f2(x)求解线段P1P2、P4P5延长线的交点Q1坐标(xq1,yq1)得
Figure BDA0001467615260000043
(4)根据P2、P4点求解得到线段P2P4的中点Q2的坐标(xq2,yq2)得
Figure BDA0001467615260000044
(5)求解出线段Q1Q2中点Q3的坐标(xq3,yq3)得
Figure BDA0001467615260000051
(6)被测激光叠焊焊缝的下凹量h即为线段P3Q3的长度，考虑到用负数表示下凹量，正数表示凸起量，则有
Figure BDA0001467615260000052
上述计算式中等号右边未知数均可通过式3-7求解得出。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法的实施例：某一时刻由线结构光传感器测量某一激光叠焊焊缝，得到的特征点的坐标为P1(5,0)、P2(15,-1)、P3(15.5,-1.63)、P4(16,-1)、P5(26.01,-0.12)，该特征点坐标包含图4所示的工件表面与传感器下表面不平行的问题，及图5所示的叠焊焊缝两侧工件表面不平行的问题，根据前述发明内容(单位mm)，则
Figure BDA0001467615260000053
Figure BDA0001467615260000054
Figure BDA0001467615260000055
Figure BDA0001467615260000056
Figure BDA0001467615260000057
Figure BDA0001467615260000058
h＝-0.61
根据该算法可以计算得出，该时刻检测位置的激光叠焊焊缝下凹量为0.61mm。由此可见，该算法能够实现激光焊缝测量过程中的倾斜补偿及变形修正问题。

Claims (1)

1.基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法，其特征在于，该方法由以下步骤实现：
步骤一、采用线结构光传感器测量激光叠焊焊缝表面形状的特征点P1，P2,…,P5；
步骤二、将步骤一获得的测量点采用线段P1 P2和线段P4 P5表示，且线段P1 P2和线段P4P5用下式表示为：
f1(x)＝k1x+b1
f2(x)＝k2x+b2
将特征点P1、P2、P4、P5的坐标代入式f1(x)、f2(x)，可得下式：
Figure FDA0002232764420000011
Figure FDA0002232764420000012
步骤三、根据步骤二中式f1(x)和f2(x)求解线段P1 P2和线段P4 P5延长线的交点Q1，所述交点Q1的坐标(xq1,yq1)用下式表示为：
Figure FDA0002232764420000013
步骤四、根据特征点P2、P4求解得到线段P2P4的中点Q2，所述中点Q2的坐标(xq2,yq2)用下式表示为：
Figure FDA0002232764420000014
步骤五、求解出线段Q1Q2中点Q3的坐标(xq3,yq3)得
Figure FDA0002232764420000021
根据获得的中点Q3的坐标(xq3,yq3)以及特征点P3的坐标(x3,y3)，求得被测激光叠焊焊缝的下凹量h，用下式表示为：
Figure FDA0002232764420000022
上述x1、y1分别是特征点P1的坐标值，x2、y2分别是特征点P2的坐标值，x4、y4分别是特征点P4的坐标值，x5、y5分别是特征点P5的坐标值。
CN201711122269.7A 2017-11-14 2017-11-14 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法 Active CN107894217B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711122269.7A CN107894217B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711122269.7A CN107894217B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107894217A CN107894217A (zh) 2018-04-10
CN107894217B true CN107894217B (zh) 2020-04-10

Family

ID=61804411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711122269.7A Active CN107894217B (zh) 2017-11-14 2017-11-14 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107894217B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112582085B (zh) * 2020-12-07 2024-03-19 中广核核电运营有限公司 双层安全壳表面缺陷检测设备及检测方法
CN113909686A (zh) * 2021-09-16 2022-01-11 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 激光叠焊装置及方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD286664A5 (de) * 1989-07-03 1991-01-31 Veb Chemieanlagenbaukombinat,De Verfahren zur optischen profilabtastung von schweissnahtfugen
CN2740335Y (zh) * 2004-12-02 2005-11-16 中国科学院自动化研究所 一种基于激光结构光的焊缝跟踪视觉传感器
CN101135652A (zh) * 2007-10-15 2008-03-05 清华大学 基于纹理分割的焊缝识别方法
CN201357275Y (zh) * 2009-02-13 2009-12-09 南京工程学院 多结构光双目复合视觉焊缝跟踪装置
CN101750416A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于线结构光的视觉焊缝表面质量检测传感器
CN101954557A (zh) * 2009-07-16 2011-01-26 北京石油化工学院 结构光焊缝图像跟踪的二维位置信息提取方法
CN101966617A (zh) * 2010-08-30 2011-02-09 东南大学 一种用于焊接机器人连续运动的视图模型简约描述方法
CN104849284A (zh) * 2015-06-03 2015-08-19 唐山英莱科技有限公司 一种带有结构光的会聚可调光路细微对接焊缝检测系统
CN105844622A (zh) * 2016-03-16 2016-08-10 南京工业大学 一种基于激光视觉的v型坡口焊缝检测方法
CN106971407A (zh) * 2017-02-16 2017-07-21 浙江工业大学 一种基于二维线结构光的焊缝三维重建方法
CN107132271A (zh) * 2017-05-26 2017-09-05 广东工业大学 点结构光及磁光成像双传感焊缝成形及缺陷无损检测方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD286664A5 (de) * 1989-07-03 1991-01-31 Veb Chemieanlagenbaukombinat,De Verfahren zur optischen profilabtastung von schweissnahtfugen
CN2740335Y (zh) * 2004-12-02 2005-11-16 中国科学院自动化研究所 一种基于激光结构光的焊缝跟踪视觉传感器
CN101135652A (zh) * 2007-10-15 2008-03-05 清华大学 基于纹理分割的焊缝识别方法
CN101750416A (zh) * 2008-12-19 2010-06-23 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于线结构光的视觉焊缝表面质量检测传感器
CN201357275Y (zh) * 2009-02-13 2009-12-09 南京工程学院 多结构光双目复合视觉焊缝跟踪装置
CN101954557A (zh) * 2009-07-16 2011-01-26 北京石油化工学院 结构光焊缝图像跟踪的二维位置信息提取方法
CN101966617A (zh) * 2010-08-30 2011-02-09 东南大学 一种用于焊接机器人连续运动的视图模型简约描述方法
CN104849284A (zh) * 2015-06-03 2015-08-19 唐山英莱科技有限公司 一种带有结构光的会聚可调光路细微对接焊缝检测系统
CN105844622A (zh) * 2016-03-16 2016-08-10 南京工业大学 一种基于激光视觉的v型坡口焊缝检测方法
CN106971407A (zh) * 2017-02-16 2017-07-21 浙江工业大学 一种基于二维线结构光的焊缝三维重建方法
CN107132271A (zh) * 2017-05-26 2017-09-05 广东工业大学 点结构光及磁光成像双传感焊缝成形及缺陷无损检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种基于线结构光的焊缝三维重建方法;郑鹭斌;《激光与光电子学进展》;20140329;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107894217A (zh) 2018-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107894217B (zh) 基于线结构光传感器的激光叠焊焊缝下凹量检测方法
CN111738985B (zh) 一种焊缝轮廓视觉检测方法及系统
CN112381781B (zh) 基于3d点云的胶路缺陷检测方法
CN103499297A (zh) 一种基于ccd的高精度测量方法
CN110906875B (zh) 一种孔径测量的视觉处理方法
CN110987944B (zh) 一种基于包络线识别的激光钎焊焊缝表面缺陷检测方法
CN113465511A (zh) 一种钢卷尺寸在线测量及全方位端面缺陷在线检测方法
CN114240944B (zh) 一种基于点云信息的焊接缺陷检测方法
KR101106045B1 (ko) 강판 정보 계측 방법
CN107990856B (zh) 一种超量程工件的空间位置误差检测方法
CN105571511A (zh) 一种船舶外板成型精度在线检测方法
CN109239081B (zh) 基于结构光与视觉成像的焊缝质量参数检测方法
KR20190124452A (ko) 용접비드 비전 검사 장치 및 용접 불량 검사방법
TW201621811A (zh) 三維掃描器校正系統及其校正方法
CN112561854B (zh) 一种基于线结构光点云的焊缝检测方法
CN108876771B (zh) 一种咬边焊接缺陷的检测方法
CN107796332B (zh) 一种从蜂窝芯表面测量数据中识别蜂窝边区域的方法
CN112964173A (zh) 一种结构件品质检测方法
JP2013213733A (ja) 検査対象物の検査装置およびその検査方法
CN107443169B (zh) 一种介观尺度铣削刀具偏心参数识别方法
JP2008107156A (ja) 断面形状検出方法及び装置
Wang et al. Detection of HF-ERW process by 3D bead shape measurement with line-structured laser vision
CN110657750A (zh) 一种用于刀具刃口钝化的检测系统和方法
CN109523548A (zh) 一种基于临界阈值的窄间隙焊缝特征点提取方法
CN110021027B (zh) 一种基于双目视觉的切边点计算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant