CN108088856A - 一种基于图像识别的焊缝检测装置 - Google Patents

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宋清昆
王利奉
唐洪宇
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的焊缝检测装置，包括焊接组件、面罩显示组件、焊机组件；焊接组件包括支架、控制盒、焊条钳固定端、焊条钳活动端、弹簧、销轴、CCD摄像机、焊条、激光器，支架两端设置有CCD摄像机，支架中心位置设置有焊条钳固定端，焊条钳固定端中部通过销轴与焊条钳活动端连接，焊条钳活动端尾部与焊条钳固定端尾部通过弹簧连接，焊条通过焊条钳活动端前部与焊条钳固定端前部夹紧；面罩显示组件包括外壳、玻璃屏、信息显示屏、面罩控制器、手柄，面罩控制器设置在手柄上，面罩控制器与外壳底部固定连接；焊接组件通过电缆连接到焊机组件。本发明能够对焊缝外观质量进行实时检测，有效地提升钢结构产品焊接可靠。

Description

一种基于图像识别的焊缝检测装置
技术领域
本发明属于图像识别技术领域，具体涉及一种基于图像识别的焊缝检测装置。
背景技术
焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方式，钢结构焊缝外观质量检测是焊缝质量检测中的主要方式，也是确保焊缝质量、安全的重要环节。
现有焊接方式主要有人工手工焊、自动化机器人焊接，自动化机器人焊接成本高、投入大，灵活性差，仅能针对一种或几种焊接工序进行焊接工作；由于焊接过程中会产生大量热量、火花、光，焊接过程中无法对焊缝进行外观检查，必须停止焊接再对焊缝外观检查，因此，焊接工人难以实时把握、控制焊缝外观质量，对焊接工人焊接技术、经验要求比较高。基于上述问题，急需研制一种能够辅助手工焊的焊缝外观质量检测装置，在确保人工手工焊的灵活性的同时，能够协助焊接工人准确把控焊缝外观质量。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种基于图像识别的焊缝检测装置，能够对焊缝外观质量进行实时检测，有效地提升钢结构产品焊接可靠性。
本发明的技术方案如下：一种基于图像识别的焊缝检测装置，包括焊接组件、面罩显示组件、焊机组件；
焊接组件包括支架、控制盒、焊条钳固定端、焊条钳活动端、弹簧、销轴、CCD摄像机、焊条、激光器，支架为中间设置有缺口的圆弧形状，支架两端设置有CCD摄像机，支架中心位置设置有焊条钳固定端，焊条钳固定端中部通过销轴与焊条钳活动端连接，焊条钳活动端尾部与焊条钳固定端尾部通过弹簧连接，焊条通过焊条钳活动端前部与焊条钳固定端前部夹紧，支架上的CCD摄像机中心轴线延长线、激光器中心轴线延长线与焊条延长线相交于焊接对象的焊缝上。
控制盒包括CPU单元、图像采集单元、图像处理单元、激光控制单元、显示单元、通信单元、存储单元、供电单元；CPU单元与图像采集单元连接，图像采集单元与CCD摄像机连接，CCD摄像机将扫描到的焊缝图像传输至图像采集单元；
图像处理单元与CPU单元连接；
激光控制单元与CPU单元连接，CPU单元将控制指令发送至激光控制单元实现对激光器的控制；
显示单元与CPU单元连接，显示单元用于接收来自用户的操作指令并将操作指令传送至CPU单元；
通信单元与CPU单元连接，通信单元实现控制盒与面罩显示组件的无线通信；
存储单元与图像采集单元连接，存储单元用于存储图像信息、操作指令信息；
供电单元与CPU单元连接，供电单元为控制盒、CCD摄像机、激光器进行供电。
面罩显示组件包括外壳、玻璃屏、信息显示屏、面罩控制器、手柄，玻璃屏设置在外壳上，玻璃屏下部设置有信息显示屏，信息显示盘与面罩控制器连接，手柄与外壳连接，面罩控制器设置在手柄上，面罩控制器与外壳底部固定连接；
焊接组件通过电缆连接到焊机组件，焊机组件与现有技术的电焊机技术原理、工作方式一致。
进一步地，面罩控制器包括MCU模块、显示模块、信息接收模块、电池模块，MCU模块分别连接信息接收模块、显示模块、电池模块，信息接收模块接收来自控制盒中通信单元发出的数据信息，显示模块显示信息接收模块接收的数据信息，电池模块为MCU模块、显示模块、信息接收模块提供电源。
进一步地，通信单元设置有无线发射模块，通信单元接收来自图像处理单元完成处理的图像信息，无线发射模块将图像信息发送至面罩控制器中的信息接收模块，信息接收模块、MCU模块处理后通过显示模块进行显示。
本发明使用方法是：焊接组件连接到焊机组件，焊机组件接通外部电源，开启面罩显示组件上的面罩控制器，操作焊接组件中的焊条实施焊接对象的焊接操作，焊接同时，激光控制单元控制激光器工作，CCD摄像机工作，图像采集单元将CCD摄像机采集到的焊缝图像发送至图像处理单元，图像处理单元再CPU单元的协同处理下按照图像处理步骤对焊缝图像信息进行处理，并将处理后的图像信息传送至通信单元，通信单元通过其内部的无线发射模块将图像信息传输至面罩显示组件，通过面罩显示组件判断焊缝外形尺寸、表面缺陷等级。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明的焊接组件结构示意图。
图3为本发明的面罩显示组件结构示意图。
图4为本发明的控制原理框图。
图5为本发明的图像处理单元图像处理步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，一种基于图像识别的焊缝检测装置，包括焊接组件1、面罩显示组件2、焊机组件；
如图2所示，焊接组件1包括支架101、控制盒102、焊条钳固定端103、焊条钳活动端106、弹簧107、销轴108、CCD摄像机104、焊条105、激光器110，支架101为中间设置有缺口109的圆弧形状，支架101两端设置有CCD摄像机104，支架101中心位置设置有焊条钳固定端103，焊条钳固定端103中部通过销轴108与焊条钳活动端106连接，焊条钳活动端106尾部与焊条钳固定端103尾部通过弹簧107连接，焊条105通过焊条钳活动端106前部与焊条钳固定端103前部夹紧，支架101上的CCD摄像机104中心轴线延长线、激光器109中心轴线延长线与焊条105延长线相交于焊接对象的焊缝上。
如图4所示，控制盒102包括CPU单元、图像采集单元、图像处理单元、激光控制单元、显示单元、通信单元、存储单元、供电单元；CPU单元与图像采集单元连接，图像采集单元与CCD摄像机104连接，CCD摄像机104将扫描到的焊缝图像传输至图像采集单元；
图像处理单元与CPU单元连接；
激光控制单元与CPU单元连接，CPU单元将控制指令发送至激光控制单元实现对激光器110的控制；
显示单元与CPU单元连接，显示单元用于接收来自用户的操作指令并将操作指令传送至CPU单元；
通信单元与CPU单元连接，通信单元实现控制盒102与面罩显示组件2的无线通信；
存储单元与图像采集单元连接，存储单元用于存储图像信息、操作指令信息；
供电单元与CPU单元连接，供电单元为控制盒2、CCD摄像机104、激光器110进行供电。
如图3所示，面罩显示组件2包括外壳201、玻璃屏202、信息显示屏203、面罩控制器204、手柄205，玻璃屏202设置在外壳201上，玻璃屏202下部设置有信息显示屏203，信息显示盘203与面罩控制器204连接，手柄205与外壳201连接，面罩控制器204设置在手柄205上，面罩控制器204与外壳201底部固定连接；
面罩控制器204包括MCU模块、显示模块、信息接收模块、电池模块，MCU模块分别连接信息接收模块、显示模块、电池模块，信息接收模块接收来自控制盒102中通信单元发出的数据信息，显示模块显示信息接收模块接收的数据信息，电池模块为MCU模块、显示模块、信息接收模块提供电源。
焊接组件1通过电缆连接到焊机组件，焊机组件与现有技术的电焊机技术原理、工作方式一致。
通信单元设置有无线发射模块，通信单元接收来自图像处理单元完成处理的图像信息，无线发射模块将图像信息发送至面罩控制器204中的信息接收模块，信息接收模块、MCU模块处理后通过显示模块进行显示。
如图5所示，控制盒102中图像处理单元的图像处理步骤包括：
图像灰度化步骤：图像灰度化包括灰度线性变换、灰度的非线性变换；
焊缝外观尺寸的检测采用灰度线性变换，原则为：
原图像为f(x,y)的灰度范围为[a,b]，希望变换后的图像g(x,y)的灰度范围为[c,d]，则线性变换方式为：
焊缝表面缺陷的检测采用灰度非线性变换，原则为：
非线性变换一般采用对数变换和指数变换两种形式。对数变换的方式为：
中值滤波步骤：为克服图像细节中可能的模糊，抑制图像中的脉冲干扰，采用最常用的十字型中值滤波窗口。
边缘检测步骤：焊缝图像多为复杂图像，对图像进行中值滤波处理后，采用基于小波变换的边缘检测方法对焊缝图像进行边缘检测。
图像分析处理步骤：图像边缘检测处理后，对图像进行二值化处理，将图像分成前景和背景两部分，此步骤中，采用最优阈值算法，将图像的直方图用两个或更多个正态分布的概率密度函数近似处理，通过阈值化处理的图像g(x,y)为：
图像结果处理步骤：图像分析处理后，将完成分析处理的图像进行评判，包括焊缝外形尺寸、表面缺陷，焊缝外形尺寸包括焊缝错边、焊缝余高；表面缺陷包括裂纹、夹渣；
将焊缝质量检测结果分为3个等级：
等级1：按GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》，焊缝错边d不大于0.15t（t为最薄母材厚度），焊缝余高0~1.5mm；焊缝表面无裂纹、夹渣；
等级2：按GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》，焊缝错边d大于0.15t（t为最薄母材厚度），且焊缝错边d小于2mm，焊缝余高1.5~3mm；焊缝表面最大裂纹宽不大于0.05mm、每10mm长的焊缝有夹渣1-3个；
等级3：按GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》，焊缝错边d大2mm，焊缝余高3~4mm；焊缝表面最大裂纹宽大于0.05mm、每10mm长的焊缝有夹渣3个以上。
本发明使用方法是：焊接组件1连接到焊机组件，焊机组件接通外部电源，开启面罩显示组件上的面罩控制器204，操作焊接组件1中的焊条105实施焊接对象的焊接操作，焊接同时，激光控制单元控制激光器110工作，CCD摄像机104工作，图像采集单元将CCD摄像机104采集到的焊缝图像发送至图像处理单元，图像处理单元再CPU单元的协同处理下按照图像处理步骤对焊缝图像信息进行处理，并将处理后的图像信息传送至通信单元，通信单元通过其内部的无线发射模块将图像信息传输至面罩显示组件2，通过面罩显示组件2判断焊缝外形尺寸、表面缺陷等级。
以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于图像识别的焊缝检测装置，包括焊接组件、面罩显示组件、焊机组件；其特征在于，焊接组件包括支架、控制盒、焊条钳固定端、焊条钳活动端、弹簧、销轴、CCD摄像机、焊条、激光器，支架为中间设置有缺口的圆弧形状，支架两端设置有CCD摄像机，支架中心位置设置有焊条钳固定端，焊条钳固定端中部通过销轴与焊条钳活动端连接，焊条钳活动端尾部与焊条钳固定端尾部通过弹簧连接，焊条通过焊条钳活动端前部与焊条钳固定端前部夹紧，支架上的CCD摄像机中心轴线延长线、激光器中心轴线延长线与焊条延长线相交于焊接对象的焊缝上；面罩显示组件包括外壳、玻璃屏、信息显示屏、面罩控制器、手柄，玻璃屏设置在外壳上，玻璃屏下部设置有信息显示屏，信息显示盘与面罩控制器连接，手柄与外壳连接，面罩控制器设置在手柄上，面罩控制器与外壳底部固定连接；
焊接组件通过电缆连接到焊机组件。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的焊缝检测装置，其特征在于，控制盒包括CPU单元、图像采集单元、图像处理单元、激光控制单元、显示单元、通信单元、存储单元、供电单元；CPU单元与图像采集单元连接，图像采集单元与CCD摄像机连接，CCD摄像机将扫描到的焊缝图像传输至图像采集单元；
图像处理单元与CPU单元连接；
激光控制单元与CPU单元连接，CPU单元将控制指令发送至激光控制单元实现对激光器的控制；
显示单元与CPU单元连接，显示单元用于接收来自用户的操作指令并将操作指令传送至CPU单元；
通信单元与CPU单元连接，通信单元实现控制盒与面罩显示组件的无线通信；
存储单元与图像采集单元连接，存储单元用于存储图像信息、操作指令信息；
供电单元与CPU单元连接，供电单元为控制盒、CCD摄像机、激光器进行供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的焊缝检测装置，其特征在于，面罩控制器包括MCU模块、显示模块、信息接收模块、电池模块，MCU模块分别连接信息接收模块、显示模块、电池模块，信息接收模块接收来自控制盒中通信单元发出的数据信息，显示模块显示信息接收模块接收的数据信息，电池模块为MCU模块、显示模块、信息接收模块提供电源。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于图像识别的焊缝检测装置，其特征在于，通信单元设置有无线发射模块，通信单元接收来自图像处理单元完成处理的图像信息，无线发射模块将图像信息发送至面罩控制器中的信息接收模块，信息接收模块、MCU模块处理后通过显示模块进行显示。
5.根据权利要求1至4所述的一种基于图像识别的焊缝检测装置，其特征在于，一种基于图像识别的焊缝检测装置使用方法是：焊接组件连接到焊机组件，焊机组件接通外部电源，开启面罩显示组件上的面罩控制器，操作焊接组件中的焊条实施焊接对象的焊接操作，焊接同时，激光控制单元控制激光器工作，CCD摄像机工作，图像采集单元将CCD摄像机采集到的焊缝图像发送至图像处理单元，图像处理单元再CPU单元的协同处理下按照图像处理步骤对焊缝图像信息进行处理，并将处理后的图像信息传送至通信单元，通信单元通过其内部的无线发射模块将图像信息传输至面罩显示组件，通过面罩显示组件判断焊缝外形尺寸、表面缺陷等级。
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CN114295640A (zh) * 2022-01-07 2022-04-08 江苏省特种设备安全监督检验研究院 一种容器焊缝识别方法及系统

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