CN111854628A - 一种焊缝表面形貌三维成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种焊缝表面形貌三维成像装置，所述成像装置包括：光源组件、干涉组件、图像采集组件和成像组件；其中，所述光源组件，用于发出用于测量焊缝表面所需要的光束；所述干涉组件，用于接收所述光源组件发出的所述光束，反射所述光束中的第一路光束，透射所述光束中的第二路光束；所述第二路光束透射至所述焊缝表面；接收所述第二路光束的反射光束；发出所述第一路光束和所述反射光束形成的干涉光束；所述图像采集组件，用于采集所述干涉组件发出的所述干涉光束，获得干涉图像；所述成像组件，用于基于所述图像采集组件采集的所述干涉图像中的所述干涉光束形成的干涉条纹确定所述焊缝表面的深度信息，基于所述深度信息对所述焊缝表面进行三维成像。

Description

一种焊缝表面形貌三维成像装置

技术领域

本发明涉及成像技术，尤其涉及一种焊缝表面形貌三维成像装置。

背景技术

焊接在航空航天、汽车船舶等领域应用十分广泛，焊缝质量检测作为焊接质量评定的有效手段之一，对于保证焊接质量、改善焊接工艺和提高零件寿命具有重要意义。焊缝成形检测的效率和质量则直接关系到生产线的生产效率和自动化程度，同时对于节省劳动力、改善工人工作环境也有着积极的促进作用。

目前焊缝表面质量检测还是以人工肉眼观察(或辅以打磨)为主，检测精度取决于操作者的经验和水平，检测效率很低且质量波动较大。国内外对焊缝质量检测也提出了诸多检测手段，但基本是基于激光三角法来实现对焊缝表面形貌的三维重建。实际检测效果表明，由于焊缝检测复杂的环境条件，该原理实际成像存在着诸多问题，如易受环境温度和强光干扰，同时对振动也比较敏感；精度方面，对于焊缝表面的微裂纹、微气孔等缺陷，该方法在成像过程中很容易丢失特征，进而导致漏检。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种焊缝表面形貌三维成像装置，能够准确地测量焊缝表面的三维形貌，保证高质高效地焊缝检测质量。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种焊缝表面形貌三维成像装置，所述成像装置包括：光源组件、干涉组件、图像采集组件和成像组件；其中，

所述光源组件，用于发出用于测量焊缝表面所需要的光束；

所述干涉组件，用于接收所述光源组件发出的所述光束，反射所述光束中的第一路光束，透射所述光束中的第二路光束；所述第二路光束透射至所述焊缝表面；接收所述第二路光束的反射光束；发出所述第一路光束和所述反射光束形成的干涉光束；

所述图像采集组件，用于采集所述干涉组件发出的所述干涉光束，获得干涉图像；

所述成像组件，用于基于所述图像采集组件采集的所述干涉图像中的所述干涉光束形成的干涉条纹确定所述焊缝表面的深度信息，基于所述深度信息对所述焊缝表面进行三维成像。

上述方案中，所述干涉组件，包括：分光器和干涉仪；其中，

所述分光器，设置在所述光源组件发出的所述光束所在的第一光路上，用于将所述光束由所述第一光路反射至第二光路上；

所述干涉仪，设置在所述第二光路上。

上述方案中，所述干涉仪，包括：聚光镜、参考板和分光板；所述参考板的中心区域设置有反射镜；所述聚光镜、所述分光板和所述参考板设置在所述第二光路上；其中，

所述聚光镜，用于接收所述分光器反射的所述光束，会聚所述光束；

所述参考板，用于透射所述聚光镜会聚的所述光束；

所述分光板，用于反射经所述参考板透射的所述光束中的第一路光束，透射所述光束中的第二路光束；所述第二路光束透射至所述焊缝表面；接收所述第二路光束的反射光束，所述反射光束经所述参考板到达所述聚光镜；所述第一路光束经所述反射镜和所述分光板的反射，经所述参考板到达所述聚光镜。

上述方案中，所述干涉组件还包括：成像镜；所述成像镜设置在与所述第二光路反向的第三光路上；用于基于所述第一路光束和所述反射光束形成干涉条纹。

上述方案中，所述图像采集组件包括相机，所述相机设置在与所述第二光路反向的第三光路上；用于采集所述干涉组件发出的所述干涉光束，获得干涉图像。

上述方案中，所述干涉组件和图像采集组件组成为整体器件；所述装置还包括：驱动电机，所述驱动电机与所述干涉组件和所述图像采集组件连接，用于驱动所述干涉组件和所述图像采集组件组成的所述整体器件旋转。

上述方案中，所述成像组件，包括：控制主机，用于控制驱动电机的驱动参数，所述驱动参数与所述干涉组件和所述图像采集组件组成的所述整体器件的旋转角度相关。

上述方案中，所述控制主机，还用于对所述干涉图像中的所述干涉条纹进行分析，基于所述干涉条纹确定所述焊缝表面的深度信息，基于所述深度信息生成所述焊缝表面的三维图像。

上述方案中，所述装置还包括与所述控制主机电连接的显示器，用于显示所述三维图像。

上述方案中，所述光源组件，包括：光源和光束调整元件；所述光束调整元件设置在所述光源发出的所述光束所在的第一光路上；其中，

所述光束调整元件依次包括：集光镜、第一扩束镜、干涉滤光片、孔径光阑、第二扩束镜、聚光镜和视场光阑；其中，所述集光镜和所述聚光镜用于会聚所述光源发出的所述光束；所述第一扩束镜用于调节所述光束的束腰直径；所述干涉滤光片用于增加所述光束的相干长度；所述孔径光阑用于控制所述光束的光强；所述第二扩束镜用于准直所述光束；所述视场光阑用于控制所述光束的照射范围。

在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，基于干涉测长原理来对焊缝表面的深度信息进行测量，对焊接弧光、环境光等有很好的屏蔽性，同时对环境的振动的和温度、气流的变化能产生彼此共模抑制，获得可靠的焊缝表面形貌三维模型，为可靠的焊缝质量在线检测提供了保证，同时，还能很好的解决现有光学三角法成像丢失微裂纹、微气孔特征的问题，而且扩大了测量范围，能获得很精细的表面形貌。此外，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还具有精密小巧，易于安装，对环境的适应性强，而能适用在多种场合等优点。

附图说明

在附图中(这些附图不一定是按照比例绘制的)，相同的数字能够描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相同数字能够表示类似部件的不同示例。附图通过示例而非限制的方式概括地示例了本申请中讨论的各个实施例。

图1为本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选结构组成示意图；

图2为本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选结构设计示意图；

图3为本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中的光源组件、干涉组件以及图像采集组件的一个可选光路结构示意图；

图4为本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选干涉测量原理示意图；

图5为本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选电连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

图1示出了本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选结构组成示意图，如图1所示，焊缝表面形貌三维成像装置10包括光源组件11、干涉组件12、图像采集组件13和成像组件14；其中，光源组件11，用于发出用于测量待测焊缝表面16所需要的光束；干涉组件12，用于接收光源组件11发出的光束，反射光束中的第一路光束，透射光束中的第二路光束；第二路光束透射至待测焊缝表面16；接收第二路光束的反射光束；发出第一路光束和反射光束形成的干涉光束；图像采集组件13，用于采集干涉组件12发出的干涉光束，获得干涉图像；成像组件14，用于基于图像采集组件13采集的干涉图像中的干涉条纹确定待测焊缝表面16的深度信息，基于深度信息对待测焊缝表面16进行三维成像。

本实施例中，通过干涉组件12，将光源组件11的发出的光束，直接反射光束中的第一路光束，透射光束中的第二路光束，使得透射的第二路光束照射到待测焊缝表面16，并由待测焊缝表面16调制后反射回干涉组件，使得第一路光束和反射回的第二路光束形成干涉光束，这个干涉光束携带了待测焊缝表面16的深度信息，因此通过对基于干涉光束形成的干涉条纹的分析处理，获得待测焊缝表面16的深度信息。

其中，光源组件11可以通过激光光源以及与激光光源配合的调光器件组配合，以获得用于测量待测焊缝表面16的优质光源，调光器件组可以实现对激光光源所发出的光的各个参数进行调整，诸如光强、照射范围等等，在适应不同焊缝表面各个焊缝尺寸的测量需要的同时提供最优光源。干涉组件12可以通过干涉仪实现对来自光源的第一路光束和从待测焊缝表面反射的第二路光束的反射光束的干涉，获得干涉光束，进一步形成干涉条纹。而两路光束的光程差发生变化会造成干涉条纹的移动，因此，可通过例如改变光束的入射角度以照射到焊缝的不同位置的方式改变第一路光束和第二路光束的反射光束的光程差，进而通过确定干涉条纹的相位差，获得该位置的焊缝表面的深度信息，进而确定焊缝表面形貌。此外，图像采集组件13可以通过相机实现，例如电荷耦合元件(CCD，Charge-coupledDevice)相机来捕获经由干涉仪发生干涉而形成干涉条纹图像，并将图像传给成像组件14进行处理，需要注意的是，图像采集组件13可以为任何具有图像捕获功能的器件，而不仅限于相机。成像组件14可以通过控制主机，例如计算机，来对图像采集组件13所发送的干涉图像对应的深度信息数据进行分析以最终形成焊缝表面的三维形貌图像，具体地，可以通过使用特定的数据分析软件来对所采集的干涉图像对应的深度信息数据进行计算分析，或者通过执行专门针对待测焊缝的测量需要所编写的程序来处理所采集的干涉图像对应的深度信息的数据，而最终形成焊缝表面的三维形貌图像将会通过与控制主机连接的显示器进行显示。

在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，基于干涉测长原理来对焊缝表面的深度信息进行测量，对焊接弧光、环境光等有很好的屏蔽性，同时对环境的振动的和温度、气流的变化能产生彼此共模抑制，获得可靠的焊缝表面形貌三维模型，为可靠的焊缝质量在线检测提供了保证，同时，还能很好的解决现有光学三角法成像丢失微裂纹、微气孔特征的问题，而且扩大了测量范围，能获得很精细的表面形貌。此外，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还具有精密小巧，易于安装，对环境的适应性强，而能适用在多种场合等优点。

图2示出了本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选结构设计示意图，如图2所示，本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置包括光源组件11、干涉组件12、图像采集组件13和成像组件14，其中，干涉组件12包括干涉仪120和分光器121，其中，分光器121，被设置在光源组件11发出的光束所在的第一光路上，并且用于将光束由第一光路反射至第二光路上；干涉仪120被设置在第二光路上。此外，干涉组件12还包括成像镜122，成像镜122被设置在与第二光路反向的第三光路上，用于基于第一路光束和反射光束形成干涉光束，由干涉仪120生成的干涉光束经过成像镜122后形成干涉条纹图像，将由图像采集组件13进行采集。其中，来自光源组件11的第一路光束与经由待测焊缝表面16反射的反射光束都共同经过干涉仪120并发生干涉，形成干涉条纹，即干涉仪120采用了共路光路的设计。

在本发明的一些可选实施例中，图像采集组件13包括相机130，相机130设置在与第二光路反向的第三光路上，用于采集干涉组件12发出的干涉光束，获得干涉图像，其中，相机130可以为CCD相机。图像采集组件13可以捕获干涉仪120所生成的快速变化的干涉条纹，进一步获得干涉图像，并将干涉图像传输给成像组件14中的控制主机140进行分析处理。

干涉组件12和图像采集组件13组成为整体器件20，由驱动电机15与干涉组件12和图像采集组件13连接，用于驱动干涉组件12和图像采集组件13所组成的整体器件20旋转。其中，一方面，驱动电机15可以使分光器121产生快速微转动以使得透射的第二路光束快速照射到待测焊缝表面16的各个位置，从而使干涉仪120生成快速变化的与待测焊缝表面16上的各个位置相对应的干涉光束，以及对应的干涉条纹。此外，另一方面，驱动电机15可以被固定于旋转支架上，通过使分光器121、干涉仪120和相机130整体连续旋转一个角度，实现对待测焊缝表面16的差分扫描，从而得到扫描方向上的数据，再通过计算得到所扫描的待测焊缝表面16的深度信息，即确定出待测焊缝表面16的宽度以及轮廓高度。

成像组件14包括控制主机140，控制主机140用于控制驱动电机15的驱动参数，驱动参数与干涉组件12和图像采集组件13组成的整体器件20的旋转角度相关，对驱动参数的选择可以基于对待测焊缝表面16进行扫描所需的扫描速度。结合图2，基于所述驱动参数，所述驱动电机15驱动所述整体器件20的旋转，改变所述第一路光束入射至所述分光器121的入射角度，从而改变所述第二路光束到达所述焊缝表面16的位置，使所述第二路光束沿宽度方向扫描所述待测焊缝表面16。

所述装置进一步包括移动组件，所述移动组件包括机械手臂或可移动式载物台，所述机械手臂或所述可移动式载物台与所述整体组件20和所述光源组件11连接，用于沿长度方向整体移动所述整体组件20和所述光源组件11，改变所述待测焊缝表面16与所述整体组件20和所述光源组件11之间的相对位置关系，在改变所述待测焊缝表面16与所述整体组件20和所述光源组件11之间的相对位置关系的基础上，进一步采用上述焊缝表面测量方法，获得所述待测焊缝表面16的深度信息；其中，示例性地，若所述待测焊缝表面16为矩形，所述宽度方向可以为所述矩形的宽度方向，所述长度方向可以为所述矩形的长度方向。

具体地，控制主机140通过控制驱动电机15驱动整体器件20连续旋转,改变所述第一路光束入射至所述分光器121的入射角度，从而改变所述第二路光束到达所述焊缝表面16的位置，使所述第二路光束沿宽度方向(例如，可设定为X方向)扫描所述待测焊缝表面16，以对待测焊缝表面16上的各点进行扫描，并基于待测焊缝表面16上的各点所对应的干涉条纹图像以获取待测焊缝表面16的深度信息，即确定待测焊缝表面16的轮廓高度。其中，在驱动电机15驱动整体器件20高速旋转对待测焊缝表面16进行扫描的同时，移动组件可以使整体组件20和光源组件11整体沿焊缝长度方向(例如，可设定为Y方向)移动，移动组件包括机械手臂或可移动式载物台，其中，外接机械手臂可以适用于生产线场景，而可移动式载物台可以适用于实验室场景，从而改变所述待测焊缝表面16与所述整体组件20和所述光源组件11之间的相对位置关系，在改变所述待测焊缝表面16与所述整体组件20和所述光源组件11之间的相对位置关系的基础上，进一步采用上述焊缝表面测量方法，获得所述待测焊缝表面16各点的深度信息，即确定待测焊缝表面16的截面高度轮廓；其中，示例性地，若所述待测焊缝表面16为矩形，所述宽度方向可以为所述矩形的宽度方向，所述长度方向可以为所述矩形的长度方向。基于所获取的沿宽度方向和深度方向的深度信息，生成待测焊缝表面16的三维图像。该三维图像将由与控制主机140电连接的显示器141进行显示。各个组件由通讯线缆进行连接。

此外，在另一实施例中，根据待测焊缝表面16的测量需要，尤其是针对待测焊缝表面上所具有的焊缝宽度较小的焊缝的测量需要时，可以仅旋转分光器121，同时适当增大成像镜的尺寸，例如，使成像镜122的直径尺寸大于分光器121的直径尺寸，如此，就无需整体旋转整体器件20，而能够获取干涉仪120所生成的全部干涉条纹图像，并且能够降低操作复杂度，进一步提高扫描速度和测量精度。因此，在本实施例中，可以根据待测焊缝表面的实际测量需要，例如针对焊缝宽度较小的焊缝，来调整对焊缝进行扫描测量的实现方式，以获得更快的扫描速度和更高的测量精度。

如此，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，基于干涉测长原理来对焊缝表面形貌进行测量，并且干涉仪采用了共路光路的设计，所以对焊接弧光、环境光等有很好的屏蔽性，同时对环境的振动的和温度、气流的变化能产生彼此共模抑制，恶劣环境下仍能产生稳定的干涉条纹图像，进而获得可靠的焊缝表面形貌三维模型，为可靠的焊缝质量在线检测提供了保证。同时，还能很好的解决现有光学三角法成像丢失微裂纹、微气孔特征的问题；而且扩大了测量范围，能获得很精细的表面形貌。此外，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还具有精密小巧，易于安装，对环境的适应性强，而能适用在多种场合等优点。

图3示出了本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中的光源组件、干涉组件以及图像采集组件的一个可选光路结构示意图，如图3所示，本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置包括光源组件11、干涉组件12、图像采集组件13，其中，光源组件11包括：光源110和光束调整元件111，光束调整元件111被设置在光源110所发出的光束所在的第一光路上。其中，光源110可以为激光光源，以为待测焊缝表面16提供充分优质的照明，光束调整元件111能够根据待测焊缝表面16的测量需要来调整视场亮度和视场范围，同时还能够调整高斯光束参数来适应不同焊缝尺寸的测量需要。具体地，光束调整元件111依次包括集光镜1110、第一扩束镜1111、干涉滤光片1112、孔径光阑1113、第二扩束镜1114、聚光镜1115和视场光阑1116；其中，集光镜1110和聚光镜1115用于会聚光源110所发出的光束，可以在获得更加细小的激光光斑的同时，提供测量足够的焦深；第一扩束镜1111用于调节光束的束腰直径；干涉滤光片1112用于增加光束的相干长度同时使光束的光能量分布更加均匀；孔径光阑1113用于控制光束的光强，具体地，通过改变孔径光阑1113的大小可以改变光束的光强；第二扩束镜114用于准直光束；视场光阑1116用于控制光束的照射范围，具体地，通过改变视场光阑1116的大小改变待测焊缝表面16的照射范围。

如此，本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置可以方便快速地调整从光源组件所发出的光束的视野亮度和大小，在保证测量所需的足够焦深的同时，焊缝表面形貌的三维成像仍具有足够的分辨率，从而不丢失任何焊缝表面特征。

图4示出了本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选干涉测量原理示意图，如图4所示，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，干涉仪包括聚光镜1201、参考板1202和分光板1203，参考板1202的中心区域设置有反射镜1204。其中，本申请的干涉仪120的干涉仪光路采用共路设计，即聚光镜1201、参考板1202和分光板1203被设置在第二光路上，其中，聚光镜1201用于接收分光器121所反射的光束，并且对该光束进行会聚，参考板1202用于透射聚光镜1201所会聚的光束；分光板1203上具有半透射半反射膜，用于反射经参考板1202透射的光束中的第一路光束，并且透射光束中的第二路光束，其中，第二路光束透射到达待测焊缝表面16，并且，分光板1203可以接收第二路光束的反射光束，该反射光束经参考板1202到达聚光镜1201。而第一路光束经反射镜1204和分光板1203的反射，再经参考板1202到达聚光镜1201，从而使第一路光束和第二路光束在透镜视场中合并发生干涉。在另一实施例中，聚光镜1201可以被放置在光源组件内，可进一步提高测量精度、扩大测量范围，同时有效缩小装置尺寸。

如此，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，基于干涉测长原理来对焊缝表面形貌进行测量，并且干涉仪采用了共路光路的设计，所以对焊接弧光、环境光等有很好的屏蔽性，同时对环境的振动的和温度、气流的变化能产生彼此共模抑制，恶劣环境下仍能产生稳定的干涉条纹，进而获得可靠的焊缝表面形貌三维模型，为可靠的焊缝质量在线检测提供了保证。同时，还能很好的解决现有光学三角法成像丢失微裂纹、微气孔特征的问题；而且扩大了测量范围，能获得很精细的表面形貌。此外，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还具有精密小巧，易于安装，对环境的适应性强，而能适用在多种场合等优点。

图5示出了本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置的一个可选电连接示意图。如图5所示，本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置包括光源组件、干涉组件、图像采集组件和成像组件，其中，光源组件包括激光光源，该激光光源对应于上文所示的实施例中的光源组件11中的光源110，使得光源所发出的光束经过干涉组件能一部分到达待测焊缝表面；干涉组件包括分光镜和干涉仪，此处所述的分光镜和干涉仪分别对应于上文所示的实施例中的分光器121、干涉仪120，其中，分光镜用于对光源所发出的光束同时进行透射和反射，并且使透射的光束经由干涉仪到达被测焊缝(对应于上文所示的实施例中的待测焊缝表面16)，而使反射的光束返回聚光镜，同时达被测焊缝的光束经由被测焊缝再通过干涉仪反射回聚光镜，使得两路光束可以在聚光镜的透镜视场中合并发生干涉，产生干涉光束以及其对应的干涉条纹；此外，图5中的驱动源和伺服电机共同组成对应于上文所示的实施例中的驱动电机15的驱动电机，其可以与分光镜相连，以驱动分光镜快速旋转使得可以快速扫描被测焊缝的表面的各点，并获取各点的干涉条纹图像；而图像采集组件包括CCD摄像机(对应于上文所示的实施例中的CCD相机)和图像采集卡，用以采集干涉仪所生成的干涉条纹图像并且获得干涉图像；而成像组件包括控制源和计算机，共同对应于文所示的实施例中的控制主机140，其中，控制源可以控制驱动电机的驱动参数，进而控制干涉仪、分光镜以及CCD相机整体连续旋转，而计算机可以对图像采集组件所采集的干涉图像进行分析处理，得到所扫描的被测焊缝表面的深度信息，即确定出被测焊缝表面的各焊缝的宽度以及轮廓高度。具体地，控制源通过控制驱动电机驱动干涉仪、分光镜以及CCD相机整体连续旋转，改变第一路光束入射至分光镜的入射角度，从而改变第二路光束到达被测焊缝表面的位置，使第二路光束沿宽度方向扫描被测焊缝表面，并基于被测焊缝表面上的各点所对应的干涉条纹图像以获得被测焊缝表面的深度信息，即确定被测焊缝表面的轮廓高度。其中，在驱动电机驱动干涉仪、分光镜以及CCD相机整体高速旋转，移动组件用于沿长度方向整体移动干涉仪、分光镜以及CCD相机以及光源组件，改变被测焊缝表面与包括干涉仪、分光镜以及CCD相机以及光源组件的整体之间的相对位置关系，例如，通过外接机械手臂或者可移动式载物台来实现组件整体的移动，其中，移动组件可以包括机械手臂或可移动式载物台，外接机械手臂可以适用于生产线场景，而可移动式载物台可以适用于实验室场景，进一步采用上述焊缝表面测量方法，获得被测焊缝表面的深度信息，即确定被测焊缝表面的截面高度轮廓，从而基于所获取的沿宽度方向和深度方向的深度信息，生成被测焊缝表面的三维图像。并且该三维图像将由与计算机电连接的监视器(对应于上文所示的实施例中的显示器141)进行显示。

如此，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置中，基于干涉测长原理来对焊缝表面形貌进行测量，并且干涉仪采用了共路光路的设计，所以对焊接弧光、环境光等有很好的屏蔽性，同时对环境的振动的和温度、气流的变化能产生彼此共模抑制，恶劣环境下仍能产生稳定的干涉条纹图像，进而获得可靠的焊缝表面形貌三维模型，为可靠的焊缝质量在线检测提供了保证。同时，还能很好的解决现有光学三角法成像丢失微裂纹、微气孔特征的问题；而且扩大了测量范围，能获得很精细的表面形貌。此外，在本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还具有精密小巧，易于安装，对环境的适应性强，而能适用在多种场合等优点。而且，本申请实施例的焊缝表面形貌三维成像装置还可以方便快速地调整从光源组件所发出的光束的视野亮度和大小，在保证测量所需的足够焦深的同时，焊缝表面形貌的三维成像仍具有足够的分辨率，从而不丢失任何焊缝表面特征。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不形成矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊缝表面形貌三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：光源组件、干涉组件、图像采集组件和成像组件；其中，

所述光源组件，用于发出用于测量焊缝表面所需要的光束；

所述干涉组件，用于接收所述光源组件发出的所述光束，反射所述光束中的第一路光束，透射所述光束中的第二路光束；所述第二路光束透射至所述焊缝表面；接收所述第二路光束的反射光束；发出所述第一路光束和所述反射光束形成的干涉光束；

所述图像采集组件，用于采集所述干涉组件发出的所述干涉光束，获得干涉图像；

所述成像组件，用于基于所述图像采集组件采集的所述干涉图像中的所述干涉光束形成的干涉条纹确定所述焊缝表面的深度信息，基于所述深度信息对所述焊缝表面进行三维成像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干涉组件，包括：分光器和干涉仪；其中，

所述分光器，设置在所述光源组件发出的所述光束所在的第一光路上，用于将所述光束由所述第一光路反射至第二光路上；

所述干涉仪，设置在所述第二光路上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述干涉仪，包括：聚光镜、参考板和分光板；所述参考板的中心区域设置有反射镜；所述聚光镜、所述分光板和所述参考板设置在所述第二光路上；其中，

所述聚光镜，用于接收所述分光器反射的所述光束，会聚所述光束；

所述参考板，用于透射所述聚光镜会聚的所述光束；

所述分光板，用于反射经所述参考板透射的所述光束中的第一路光束，透射所述光束中的第二路光束；所述第二路光束透射至所述焊缝表面；接收所述第二路光束的反射光束，所述反射光束经所述参考板到达所述聚光镜；所述第一路光束经所述反射镜和所述分光板的反射，经所述参考板到达所述聚光镜。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述干涉组件还包括：成像镜；所述成像镜设置在与所述第二光路反向的第三光路上；用于采集所述第一路光束和所述反射光束形成的干涉光束。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述图像采集组件包括相机，所述相机设置在与所述第二光路反向的第三光路上；用于采集所述干涉组件发出的所述干涉光束，获得干涉图像。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述干涉组件和图像采集组件组成为整体器件；所述装置还包括：驱动电机，所述驱动电机与所述干涉组件和所述图像采集组件连接，用于驱动所述干涉组件和所述图像采集组件组成的所述整体器件旋转。

7.根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述成像组件，包括：控制主机，用于控制驱动电机的驱动参数，所述驱动参数与所述干涉组件和所述图像采集组件组成的所述整体器件的旋转角度相关。

8.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述控制主机，还用于对所述干涉图像中的所述干涉条纹进行分析，基于所述干涉条纹确定所述焊缝表面的深度信息，基于所述深度信息生成所述焊缝表面的三维图像。

9.根据权利要求8所述的成像组件，其特征在于，所述装置还包括与所述控制主机连接的显示器，用于显示所述三维图像。

10.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述光源组件，包括：光源和光束调整元件；所述光束调整元件设置在所述光源发出的所述光束所在的第一光路上；其中，

所述光束调整元件依次包括：集光镜、第一扩束镜、干涉滤光片、孔径光阑、第二扩束镜、聚光镜和视场光阑；其中，所述集光镜和所述聚光镜用于会聚所述光源发出的所述光束；所述第一扩束镜用于调节所述光束的束腰直径；所述干涉滤光片用于增加所述光束的相干长度；所述孔径光阑用于控制所述光束的光强；所述第二扩束镜用于准直所述光束；所述视场光阑用于控制所述光束的照射范围。

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