CN111721768A - 一种多信息融合焊缝缺陷探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多信息融合焊缝缺陷探测系统及方法，系统包括红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块、信息处理模块、图像匹配模块及可视化显示模块；通过融合可见光、红外热成像和超声波探测技术，实现对焊缝的表面和内部缺陷的的探测，以提高焊缝探测的准确性；本发明利用超声波阵列探测和红外热成像探测分别探测焊缝的内部缺陷信息，以实现焊缝内部缺陷的三维可视化成像，为焊缝质量评价和焊接工艺的提升和改进提供依据；红外热成像检测模块中的超声波热激励装置和超声检测模块中的超声波发生装置选用双频超声波发生装置，根据各自模块所需要的超声波频率产生并发出相应的超声波，实现了超声波检测和红外热成像检测的同步测量。
Description
技术领域
本发明属于焊缝检测的技术领域，具体涉及一种多信息融合焊缝缺陷探测系统及方法。
背景技术
焊接技术作为现代机械制造中的一种重要技术手段，目前已被广泛应用于机械制造过程中。在焊接过程中，难免会出现人为或非人为因素而导致的焊接方向发生改变，进而导致焊偏状况；在焊接过程中，焊接参数的改变将直接影响焊缝形状的改变，进而产生焊接缺陷，严重影响焊接质量。在航空航天、核电、化学工业容器、高铁制造、汽车轮船等重要行业的焊接中，除了内部检测要求外，还需要进行严格的焊缝外观形状和表面缺陷检测。焊缝的质量检测主要包括：焊缝外观形状和表面缺陷检测、焊缝内部缺陷检测、焊缝各种性能检测。对于焊缝外观形状和表面缺陷检测可采用可见光视觉检测方法进行焊缝的表面质量检测，而焊缝内部缺陷的检测主要采用X射线、超声波探伤、磁通检测、红外热成像等无损检测方法实现。X射线方法应采用辐射方式检测，需要采用防辐射装置来避免辐射危险，导致其安全性低的同时成本较高；磁通检测虽然不及硬射线对人体危害较大，但是它的电磁污染大，对周边设备和环境都存在一定的影响；超声波探伤方法具有检测灵敏度高、速度快的优点，但在检测时需要超声耦合剂，对操作人员的技术要求也很高，同时超声波发射和接收装置较大，对于大规模的结构件焊接实现较困难。可见光视觉检测方法可以检测焊缝是否漏焊、是否焊偏、焊缝的大小和形状是否符合要求，从总体上评估焊接质量。而新出现的红外测温技术是一种新的非接触式在线检测方式，具有测量速度快、范围宽、灵敏度高，对被测温度场无干扰等优势，是一种快速有效的结构状态在线实时检验工具，检测可靠性较高。
为了全面准确的探测焊缝的表面和内部缺陷，通过融合可见光、红外和超声检测方法，实现焊缝表面和内部的全息三维成像检测，对于提高焊缝质量检测准确性和改善焊机工作参数具有重大应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是构建一种多信息融合焊缝缺陷探测系统及方法。其目标是充分融合可见光、红外热成像和超声阵列探测的优势，实现焊缝表面和内部的三维全息探测，为焊缝质量评价和焊接工艺的提升和改进提供依据，具体发明内容包括：
一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，所述系统包括红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块、信息处理模块、图像匹配模块及可视化显示模块；其中，红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块分别与信息处理模块信号连接以获取焊缝的对应信息，图像匹配模块分别与信息处理模块及可视化显示模块信号连接，以将获取到的焊缝各对应数据匹配并最终形成三维成像显示于可视化显示模块中；
所述红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
所述超声检测模块获取焊缝的内部信息；
所述可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
所述信息处理模块根据三种检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的对应信息；
所述图像匹配模块实现红外热成像检测模块与超声检测模块之间、以及红外热成像检测模块与可见光检测模块之间的图像匹配；
所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
进一步地，所述信息处理模块中设置有深度学习单元，深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息。
进一步地，所述红外热成像检测模块中设置有红外线阵列装置和超声波热激励装置，通过所述超声波热激励装置对焊缝进行加热，红外线阵列装置同步采集焊缝位置的热成像图像，以获取焊缝的内部及表面信息。
进一步地，所述超声检测模块中包括有超声波发生装置和超声波探测阵列采集装置，超声波发生装置分别从焊缝位置的两侧发出超声波，利用超声波阵列采集装置获取焊缝位置的回波从而获取焊缝内部信息。
进一步地，所述红外热成像检测模块中的超声波热激励装置和所述超声检测模块中的超声波发生装置选用双频超声波发生装置，根据各自模块所需要的超声波频率产生并发出相应的超声波。
进一步地，所述可见光检测模块中设置有可见光CCD探头，通过可见光CCD探头获取焊缝表面的图像，并对焊缝表面的颜色、位置、形状尺寸和纹理特征进行对应识别，从而获取焊缝表面信息。
进一步地，所述红外热成像检测模块中设置有红外热成像相机，所述可见光检测模块中设置有可见光相机，深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像相机及可见光相机获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配。
进一步地，所述红外热成像检测模块和所述超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配。
进一步地，本发明还提供一种多信息融合焊缝缺陷探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
超声检测模块获取焊缝的内部信息；
可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
2）信息处理模块中设置的深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；
3）深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像检测模块及可见光检测模块获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配；
4）红外热成像检测模块和超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配；
5）所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过融合可见光、红外热成像和超声波探测技术，实现对焊缝的表面和内部缺陷的的探测，以提高焊缝探测的准确性。
（2）本发明利用超声波阵列探测和红外热成像探测分别探测焊缝的内部缺陷信息，以实现焊缝内部缺陷的三维可视化成像，为焊缝质量评价和焊接工艺的提升和改进提供依据。
（3）所述红外热成像检测模块中的超声波热激励装置和所述超声检测模块中的超声波发生装置选用双频超声波发生装置，根据各自模块所需要的超声波频率产生并发出相应的超声波，实现了超声波检测和红外热成像检测的同步测量。
附图说明
图1是本发明一种多信息融合焊缝缺陷探测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例提供了一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其结构如图1所示。本实施例如图2所示，检测对象为两块钢板焊接，采用熔化极气体保护电弧焊，焊缝质量等级要求为二级。图2中，0，焊缝位置；1，红外热成像检测模块；2-1，超声波发生装置；2-2，超声波探测阵列收集装置；3，可见光检测模块。
针对焊接工艺需求，本实施例中，红外热成像检测模块1由红外线阵列装置和超声波热激励装置组成，红外线阵列装置采用FLIR Neutrino热成像芯片，芯片分辨率640×512；可见光相机采用OPT-C0620-2M可见光摄像头，分辨率为200万像素，工作距离为100mm-∞。
一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，所述系统包括红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块、信息处理模块、图像匹配模块及可视化显示模块；其中，红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块分别与信息处理模块信号连接以获取焊缝的对应信息，图像匹配模块分别与信息处理模块及可视化显示模块信号连接，以将获取到的焊缝各对应数据匹配并最终形成三维成像显示于可视化显示模块中；
所述红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
所述超声检测模块获取焊缝的内部信息；
所述可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
所述信息处理模块根据三种检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的对应信息；
所述图像匹配模块实现红外热成像检测模块与超声检测模块之间、以及红外热成像检测模块与可见光检测模块之间的图像匹配；
所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
具体地，所述信息处理模块中设置有深度学习单元，深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息。从而分别提取有关焊缝的表面及内部信息，为焊缝的表面和内部三维成像提供依据，以确保成像准确性。
具体地，所述红外热成像检测模块中设置有红外线阵列装置和超声波热激励装置，通过超声波热激励装置对焊缝进行加热，红外线阵列装置同步采集焊缝位置的热成像图像，以获取焊缝的内部及表面信息。超声波热激励装置发出热激励超声波对焊缝进行加热，通过红外线阵列装置的采集从而获取焊缝的内部及表面信息。
具体地，所述超声检测模块中包括有超声波发生装置和超声波探测阵列采集装置，超声波发生装置分别从焊缝位置的两侧发出超声波，利用超声波阵列采集装置获取焊缝位置的回波从而获取焊缝内部信息。
具体地，所述红外热成像检测模块中的超声波热激励装置和所述超声检测模块中的超声波发生装置选用双频超声波发生装置，根据各自模块所需要的超声波频率产生并发出相应的超声波，实现了超声波检测和红外热成像检测的同步测量。
具体地，所述可见光检测模块中设置有可见光CCD探头，通过可见光CCD探头获取焊缝表面的图像，并对焊缝表面的颜色、位置、形状尺寸和纹理特征进行对应识别，从而获取焊缝表面信息。
具体地，所述红外热成像检测模块中设置有红外热成像相机，所述可见光检测模块中设置有可见光相机，深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像相机及可见光相机获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配。
具体地，所述红外热成像检测模块和所述超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配。
具体地，本发明还提供一种多信息融合焊缝缺陷探测方法，包括以下步骤：
1）红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
超声检测模块获取焊缝的内部信息；
可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
2）信息处理模块中设置的深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；
3）深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像检测模块及可见光检测模块获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配；
4）红外热成像检测模块和超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配；
5）所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，所述系统包括红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块、信息处理模块、图像匹配模块及可视化显示模块；其中，红外热成像检测模块、超声检测模块、可见光检测模块分别与信息处理模块信号连接以获取焊缝的对应信息，图像匹配模块分别与信息处理模块及可视化显示模块信号连接，以将获取到的焊缝各对应数据匹配并最终形成三维成像显示于可视化显示模块中；
所述红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
所述超声检测模块获取焊缝的内部信息；
所述可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
所述信息处理模块根据三种检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的对应信息；
所述图像匹配模块实现红外热成像检测模块与超声检测模块之间、以及红外热成像检测模块与可见光检测模块之间的图像匹配；
所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
2.根据权利要求1所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述信息处理模块中设置有深度学习单元，深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息。
3.根据权利要求1所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述红外热成像检测模块中设置有红外线阵列装置和超声波热激励装置，通过所述超声波热激励装置对焊缝进行加热，红外线阵列装置同步采集焊缝位置的热成像图像，以获取焊缝的内部及表面信息。
4.根据权利要求3所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述超声检测模块中包括有超声波发生装置和超声波探测阵列采集装置，超声波发生装置分别从焊缝位置的两侧发出超声波，利用超声波阵列采集装置获取焊缝位置的回波从而获取焊缝内部信息。
5.根据权利要求4所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述红外热成像检测模块中的超声波热激励装置和所述超声检测模块中的超声波发生装置选用双频超声波发生装置，根据各自模块所需要的超声波频率产生并发出相应的超声波。
6.根据权利要求1所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述可见光检测模块中设置有可见光CCD探头，通过可见光CCD探头获取焊缝表面的图像，并对焊缝表面的颜色、位置、形状尺寸和纹理特征进行对应识别，从而获取焊缝表面信息。
7.根据权利要求2所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述红外热成像检测模块中设置有红外热成像相机，所述可见光检测模块中设置有可见光相机，深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像相机及可见光相机获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配。
8.根据权利要求1所述的一种多信息融合焊缝缺陷探测系统，其特征在于：所述红外热成像检测模块和所述超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配。
9.一种多信息融合焊缝缺陷探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）红外热成像检测模块获取焊缝的内部及表面信息；
超声检测模块获取焊缝的内部信息；
可见光检测模块获取焊缝的表面信息；
2）信息处理模块中设置的深度学习单元根据红外热成像检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部及表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；深度学习单元根据超声检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的内部位置、形状尺寸、及纹理信息，并形成焊缝的内部纵向图像；深度学习单元根据可见光检测模块获取的焊缝信息，提取有关焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息；
3）深度学习单元利用立体视觉定位原理分别获取红外热成像检测模块及可见光检测模块获取的焊缝的表面颜色、位置、形状尺寸、及纹理信息，以实现红外图像和可见光图像的对应匹配；
4）红外热成像检测模块和超声检测模块通过获取的焊缝内部位置、形状尺寸、纹理信息、及焊缝的内部纵向图像进行对应焊缝的匹配；
5）所述可视化显示模块中形成焊缝表面的三维图像及焊缝内部的三维图像并向用户进行可视化显示，以为焊缝的缺陷识别和诊断提供依据。
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