CN108010128A - 基于ar的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法包括如下步骤：(1)在工作人员佩戴好头盔后，完成焊接工作准备；(2)红外图像采集设备对现场焊接进行图像采集，并将采集到的图像信号传给图像采集卡保存并转换成数字信号；(3)通过便携式高性能图像处理计算机接收图像采集卡传输来的数字信号并在短时间内快速处理，然后将处理结果传输给可调节AR显示屏；(4)可调节AR显示屏将处理结果进行增强现实技术整合之后，将结果显示到可调节AR显示屏的屏幕上；(5)人眼对焊接质量进行判断，若有，通过通信装置快速交流沟通，迅速改进工艺参数，继续焊接；无缺陷，继续焊接；此步骤一直持续，直至焊接完成。

Description

基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法
技术领域
本发明涉及焊接防护和辅助红外检测技术领域，特别涉及一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法。
背景技术
金属焊接过程伴随着强光和缺陷的产生。强光对我们视力有伤害且不利于观察焊接过程，无法判断焊接质量。
焊接头盔是指在焊割作业中起到保护作业人员安全的工具。传统焊接头盔仅起到：1)眼睛保护：双重滤光，避免电弧产生的紫外线和红外线有害辐射，以及焊接强光对眼睛造成的伤害；2)面部防护：有效防止作业出现的飞溅物和有害体等对脸部造成侵害，降低皮肤灼伤症的发生；3)呼吸防护：气流导向，有效减少焊接释放的有害气体和灰尘等对体内造成伤害；
部分传统头盔还没有呼吸保护装置。
直到今天，焊接在走向智能化、自动化、机器人化的同时，20年代传统的防护头盔仍普遍使用。而传统焊接头盔只是作为一种焊接安全防护装置，无法让工作和研究人员更直观形象地识别出焊接缺陷，进而快速改善焊接工艺，没有充分发挥它的焊接智能辅助的功效。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种具有焊接智能辅助功能的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法。
一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，通过基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置实现，所述装置包括：
红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏；
红外图像信息采集设备，其安装于头盔前端偏上部位，用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像，并发送给图像处理设备；
图像处理设备，用于对接收的红外形貌和温度场图像进行图像增强、图像分割等图像处理，通过与专家数据库对比，提取并标识出图像中存在的缺陷特征，并将处理后的焊接区域形貌和温度场整合图像结果输出给可调节AR显示屏；
辅助焊接设备包括保护头盔外壳、可摘卸安全帽、排气与控温装置、呼吸装置、语音交流装置、移动式总电源；保护头盔外壳，其用于保护佩戴人员的面部和壳内器件；可摘卸安全帽，其安装于头盔顶部，保护头部；排气与控温装置，其安装于头盔后部，用于调节头盔内温度和气压；呼吸装置，其安装于头盔前端靠嘴处，用于过滤掉焊接有毒气体和灰尘；语音交流装置，内置固定于头盔内壳上，用于在噪声环境中相互实时交流和沟通；移动式总电源，用于供电；红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏之间通过数据总线传输数据和接通电流；
所述基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法包括如下步骤：
(1)在工作人员佩戴好头盔后，完成焊接工作准备；
(2)红外图像采集设备对现场焊接进行图像采集，并将采集到的图像信号传给图像采集卡保存并转换成数字信号；
(3)通过便携式高性能图像处理计算机接收图像采集卡传输来的数字信号并在短时间内快速处理，然后将处理结果传输给可调节AR显示屏；
(4)可调节AR显示屏将处理结果进行增强现实技术整合之后，将结果显示到可调节AR显示屏的屏幕上；
(5)人眼对焊接质量进行判断，若有，通过通信装置快速交流沟通，迅速改进工艺参数，继续焊接；无缺陷，继续焊接；此步骤一直持续，直至焊接完成。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，
人眼对焊接质量进行判断包括采用图像处理技术和专家数据库对增强图像进行分析判断，并辅助标识出可能出现的焊接缺陷，必要时提出警报，为焊接工人提供参考，实现金属焊接全过程的可视化监控和质量判断。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，
红外图像信息采集设备包括红外采集设备和图像采集卡，所述红外采集设备用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像；图像采集卡用于将采集的金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像转化为可视的数字信号。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，图像处理设备包括便携式高性能图像处理计算机和移动式总电源，集中安装于头盔后部；便携式高性能图像处理计算机用于对采集到的图像进行缺陷识别并将处理结果通过数据传输总线传输到可调节AR显示屏。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，
所述可调节AR显示屏采用半透显示镜片，包括3种工作模式：1)玻璃模式，2)护眼模式，3)AR模式；玻璃模式，用于方便观察者直接观察而不必脱下头盔；护眼模式，用于过滤掉对人眼有害的光，满足观察者直接观察焊接过程；AR模式，其利用增强现实技术，一方面将焊接图像处理结果实时显示出来，另一方面其观测范围的模拟环境和真实环境完全一致，方便观察者对现场进行实时操作。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，在AR模式时，通过AR显示技术，将红外图像采集设备采集到的红外信息和人眼观察到可见光信息进行融合，工人通过显示镜片可直观的观察到具有清晰熔池形貌和温度场信息的增强图像。
实施本发明提供的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法与现有技术相比具有以下有益效果：1)采用特殊的半透显示镜片和呼吸装置，进行眼睛保护、面部保护和呼吸保护；2)运用AR显示技术，将红外CCD采集到的红外信息和人眼观察到可见光信息进行融合，工人通过显示镜片可直观的观察到具有清晰熔池形貌和温度场信息的增强图像；3)采用图像处理技术和专家数据库对增强图像进行分析判断，并辅助标识出可能出现的焊接缺陷，必要时提出警报，为焊接工人提供参考，实现金属焊接全过程的可视化监控和质量判断。
附图说明
图1为本发明实施例的中基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的示意图；
图1中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：1-红外采集设备，2-图像采集卡，3-可摘卸安全帽，4-数据总线，5-排气与控温装置、6-便携式高性能图像处理计算机、7-移动式总电源、8-耳机、9-麦克风、10-呼吸装置，11-保护头盔外壳，12-可调节AR显示屏。
图2为本发明实施例的一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置AR模式的工作流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明提供一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置，其包括：
红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏12；
红外图像信息采集设备，其安装于头盔前端偏上部位，用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像，并发送给图像处理设备；
图像处理设备，用于对接收的红外形貌和温度场图像进行图像增强、图像分割等图像处理，通过与专家数据库对比，提取并标识出图像中存在的缺陷特征，并将处理后的焊接区域形貌和温度场整合图像结果输出给可调节AR显示屏12；
辅助焊接设备包括保护头盔外壳、可摘卸安全帽3、排气与控温装置5、呼吸装置10、语音交流装置、移动式总电源7；保护头盔外壳，其用于保护佩戴人员的面部和壳内器件；可摘卸安全帽3，其安装于头盔顶部，保护头部；排气与控温装置5，其安装于头盔后部，用于调节头盔内温度和气压；呼吸装置10，其安装于头盔前端靠嘴处，用于过滤掉焊接有毒气体和灰尘；语音交流装置(即为耳机8和麦克风9)，内置固定于头盔内壳上，用于在噪声环境中相互实时交流和沟通；移动式总电源7，用于供电；红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏12之间通过数据总线4传输数据和接通电流。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置中，
红外图像信息采集设备包括红外采集设备1和图像采集卡2，所述红外采集设备1用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像；图像采集卡2用于将采集的金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像转化为可视的数字信号。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置中，图像处理设备包括便携式高性能图像处理计算机6和移动式总电源7，集中安装于头盔后部；便携式高性能图像处理计算机6用于对采集到的图像进行缺陷识别并将处理结果通过数据传输总线传输到可调节AR显示屏12。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置中，
所述可调节AR显示屏12采用半透显示镜片，包括3种工作模式：1)玻璃模式，2)护眼模式，3)AR模式；玻璃模式，用于方便观察者直接观察而不必脱下头盔；护眼模式，用于过滤掉对人眼有害的光，满足观察者直接观察焊接过程；AR模式，其利用增强现实技术，一方面将焊接图像处理结果实时显示出来，另一方面其观测范围的模拟环境和真实环境完全一致，方便观察者对现场进行实时操作。
如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置，其特征在于，在AR模式时，通过AR显示技术，将红外图像采集设备采集到的红外信息和人眼观察到可见光信息进行融合，工人通过显示镜片可直观的观察到具有清晰熔池形貌和温度场信息的增强图像。
如图2所示，本发明还提供一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，通过上述任一项所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置实现，包括如下步骤：
(1)在工作人员佩戴好头盔后，完成焊接工作准备；
(2)红外图像采集设备对现场焊接进行图像采集，并将采集到的图像信号传给图像采集卡2保存并转换成数字信号；
(3)通过便携式高性能图像处理计算机6接收图像采集卡2传输来的数字信号并在短时间内快速处理，然后将处理结果传输给可调节AR显示屏12；
(4)可调节AR显示屏12将处理结果进行增强现实技术整合之后，将结果显示到可调节AR显示屏12的屏幕上；
(5)人眼对焊接质量进行判断，若有，通过通信装置快速交流沟通，迅速改进工艺参数，继续焊接；无缺陷，继续焊接；此步骤一直持续，直至焊接完成。
在本发明所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法中，
人眼对焊接质量进行判断包括采用图像处理技术和专家数据库对增强图像进行分析判断，并辅助标识出可能出现的焊接缺陷，必要时提出警报，为焊接工人提供参考，实现金属焊接全过程的可视化监控和质量判断。
实施本发明提供的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置及分析方法与现有技术相比具有以下有益效果：1)采用特殊的半透显示镜片和呼吸装置10，进行眼睛保护、面部保护和呼吸保护；2)运用AR显示技术，将红外CCD采集到的红外信息和人眼观察到可见光信息进行融合，工人通过显示镜片可直观的观察到具有清晰熔池形貌和温度场信息的增强图像；3)采用图像处理技术和专家数据库对增强图像进行分析判断，并辅助标识出可能出现的焊接缺陷，必要时提出警报，为焊接工人提供参考，实现金属焊接全过程的可视化监控和质量判断。
图1为本发明实施例的一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的示意图。如图1所示，该系统包括：1-红外采集设备，2-图像采集卡，3-可摘卸安全帽，4-数据总线，5-排气与控温装置、6-便携式高性能图像处理计算机、7-移动式电源、8-耳机、9-麦克风、10-呼吸装置，11-保护头盔外壳，12-可调节AR显示屏。
如图1所示，红外采集设备1和图像采集卡2构成图像采集单元核心，集中安装于头盔前部偏上部位。红外采集设备1用于实时采集熔池及其周边的红外温度场图像。图像采集卡2用于将采集的红外温度场图像信息转化为可视的数字信号。数据传输总线4密封在头盔外壳的内、外夹层之间，用于传输图像信息和对各单元接通电流。便携式高性能图像处理计算机6和移动式总电源7组成图像处理单元核心，集中安装于头盔后部。便携式高性能图像处理计算机6用于对采集到的图像进行缺陷识别并将处理结果通过数据传输总线4传输到AR显示屏12。移动式总电源7用于对各单元供电。AR显示屏安装于头盔前部与眼睛平齐的位置，利用增强现实技术，可以实现玻璃、护眼、AR3种模式自由切换，将便携式高性能图像处理计算机6传过来的处理结果显示出来；其3种调节模式按钮置于头盔外壳11右侧，靠近AR显示屏12边缘位置。
如图1所示，耳机8和麦克风9构成通信系统核心，集中安装于嘴和耳朵两侧部位；通信系统通过移动式总电源7提供电力工作；在头盔外壳11面板上有开关按钮，可实现通信系统开关；其通信模块密封在头盔外壳11的内、外夹层之间。
如图1所示，排气与控温装置5安装于头盔后部的可摘卸安全帽3与图像处理单元之间；其包括一个排气装置和一个温度控制装置；排气装置用于调节头盔内部气压，温度控制装置用于调节头盔内部温度。呼吸装置10安装于头盔前部下方靠近嘴处，其包括一个微型空气净化器和微型空气清新器，用于将佩戴者吸入的气体进行过滤。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，通过基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置实现，所述装置包括：
红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏；
红外图像信息采集设备，其安装于头盔前端偏上部位，用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像，并发送给图像处理设备；
图像处理设备，用于对接收的红外形貌和温度场图像进行图像增强、图像分割等图像处理，通过与专家数据库对比，提取并标识出图像中存在的缺陷特征，并将处理后的焊接区域形貌和温度场整合图像结果输出给可调节AR显示屏；
辅助焊接设备包括保护头盔外壳、可摘卸安全帽、排气与控温装置、呼吸装置、语音交流装置、移动式总电源；保护头盔外壳，其用于保护佩戴人员的面部和壳内器件；可摘卸安全帽，其安装于头盔顶部，保护头部；排气与控温装置，其安装于头盔后部，用于调节头盔内温度和气压；呼吸装置，其安装于头盔前端靠嘴处，用于过滤掉焊接有毒气体和灰尘；语音交流装置，内置固定于头盔内壳上，用于在噪声环境中相互实时交流和沟通；移动式总电源，用于供电；红外图像信息采集设备、图像处理设备以及辅助焊接设备、可调节AR显示屏之间通过数据总线传输数据和接通电流；
所述基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法包括如下步骤：
(1)在工作人员佩戴好头盔后，完成焊接工作准备；
(2)红外图像采集设备对现场焊接进行图像采集，并将采集到的图像信号传给图像采集卡保存并转换成数字信号；
(3)通过便携式高性能图像处理计算机接收图像采集卡传输来的数字信号并在短时间内快速处理，然后将处理结果传输给可调节AR显示屏；
(4)可调节AR显示屏将处理结果进行增强现实技术整合之后，将结果显示到可调节AR显示屏的屏幕上；
(5)人眼对焊接质量进行判断，若有，通过通信装置快速交流沟通，迅速改进工艺参数，继续焊接；无缺陷，继续焊接；此步骤一直持续，直至焊接完成。
2.如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，
人眼对焊接质量进行判断包括采用图像处理技术和专家数据库对增强图像进行分析判断，并辅助标识出可能出现的焊接缺陷，必要时提出警报，为焊接工人提供参考，实现金属焊接全过程的可视化监控和质量判断。
3.如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，
红外图像信息采集设备包括红外采集设备和图像采集卡，所述红外采集设备用于实时采集金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像；图像采集卡用于将采集的金属焊件的熔池及其周边的红外形貌和温度场图像转化为可视的数字信号。
4.如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，图像处理设备包括便携式高性能图像处理计算机和移动式总电源，集中安装于头盔后部；便携式高性能图像处理计算机用于对采集到的图像进行缺陷识别并将处理结果通过数据传输总线传输到可调节AR显示屏。
5.如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，
所述可调节AR显示屏采用半透显示镜片，包括3种工作模式：1)玻璃模式，2)护眼模式，3)AR模式；玻璃模式，用于方便观察者直接观察而不必脱下头盔；护眼模式，用于过滤掉对人眼有害的光，满足观察者直接观察焊接过程；AR模式，其利用增强现实技术，一方面将焊接图像处理结果实时显示出来，另一方面其观测范围的模拟环境和真实环境完全一致，方便观察者对现场进行实时操作。
6.如权利要求1所述的基于AR的红外检测辅助焊接智能头盔装置的分析方法，其特征在于，在AR模式时，通过AR显示技术，将红外图像采集设备采集到的红外信息和人眼观察到可见光信息进行融合，工人通过显示镜片可直观的观察到具有清晰熔池形貌和温度场信息的增强图像。
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