CN114689609A - 管屏焊缝缺陷检测装置 - Google Patents

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CN114689609A CN202210352105.8A CN202210352105A CN114689609A CN 114689609 A CN114689609 A CN 114689609A CN 202210352105 A CN202210352105 A CN 202210352105A CN 114689609 A CN114689609 A CN 114689609A
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刘文奇
毛晴
钟臻怡
杨家荣
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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明公开了管屏焊缝缺陷检测装置，包括：运动模组、视觉识别模组和控制器；视觉识别模组承载于运动模组上；控制器分别与运动模组和视觉识别模组电连接；控制器用于控制运动模组沿管屏焊缝的延伸方向运动，以使运动模组带动视觉识别模组移动；视觉识别模组用于在移动的过程中获取管屏焊缝的视觉数据，并将视觉数据发送至控制器；控制器还用于根据视觉数据对管屏焊缝进行缺陷检测。本发明实施例的管屏焊缝缺陷检测装置能够实现对管屏焊缝的自动缺陷检测，适用于各类检测场景，焊缝缺陷检测过程中无需人工干预，增加了管屏焊缝检测的效率和检出率，可以降低人工劳动强度，减少用工量。

Description

管屏焊缝缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及焊缝识别领域，尤其涉及一种管屏焊缝缺陷检测装置。
背景技术
超临界及以上压力锅炉管屏通过钢管加扁钢焊制焊接，焊接质量对管屏成品性能至关重要。管屏是锅炉的构件，锅炉作为大型压力容器与人们的生活息息相关，而管屏的生产过程相当复杂，如果质量不过关，会给人们的生活带来灾难性后果。
目前，依靠人工目视并结合卡尺、塞规检测，对管屏焊缝缺陷进行检测。管屏加工过程中基于人工目视检测时间紧迫，且检测场景多样，易造成漏检、误检的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种管屏焊缝缺陷检测装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种管屏焊缝缺陷检测装置，包括：运动模组、视觉识别模组和控制器；所述视觉识别模组承载于所述运动模组上；所述控制器分别与所述运动模组和所述视觉识别模组电连接；
所述控制器用于控制所述运动模组沿管屏焊缝的延伸方向运动，以使所述运动模组带动所述视觉识别模组移动；
所述视觉识别模组用于在移动的过程中获取所述管屏焊缝的视觉数据，并将所述视觉数据发送至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述视觉数据对所述管屏焊缝进行缺陷检测。
可选地，所述控制器包括：
速度确定单元，用于确定目标运动速度；所述目标运动速度根据用户输入速度而确定或者根据所述视觉识别模组的视觉数据获取频率而确定；
控制单元，用于控制所述运动模组按照所述目标运动速度沿所述管屏焊缝的延伸方向运动。
可选地，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括速度传感器，所述速度传感器位于所述运动模组上且与所述控制器电连接；
所述速度传感器用于检测所述运动模组的实际运动速度，并将所述实际运动速度发送给所述控制器；
所述控制器还用于根据所述实际运动速度调节所述运动模组的速度至所述目标运动速度。
可选地，所述运动模组包括滚轴丝杠、轴承和电机；
所述电机与所述滚轴丝杠的一端固定连接；
所述滚轴丝杠的另一端通过所述轴承连接于所述视觉识别模组的连接部。
可选地，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括电机转速检测器，与所述控制器电连接；
所述电机转速检测器用于检测所述电机的实际转速，并将所述实际转速发送至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述实际转速调节所述电机的速度至目标转速。
可选地，所述视觉识别模组包括调节组件和视觉识别器；
所述视觉识别器用于通过所述调节组件承载于所述运动模组上；
所述调节组件用于调节所述视觉识别器的位姿。
可选地，所述视觉识别器为激光轮廓传感器，所述激光轮廓传感器与所述控制器电连接；
所述激光轮廓传感器用于在运动的过程中获取所述管屏焊缝的视觉数据，所述视觉数据包括三维点云数据；
所述控制器根据所述三维点云数据对所述管屏焊缝进行缺陷检测。
可选地，在进行缺陷检测时，所述控制器具体用于：
根据激光三角定位原理从所述三维点云数据提取焊缝高度形貌点云；
根据所述焊缝高度形貌点云确定所述管屏焊缝的深度和高度；
将所述深度不符合深度阈值和/或所述高度不符合高度阈值的焊缝区域确定为缺陷区域。
可选地，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括摄像头，所述摄像头与所述控制器电连接；
所述摄像头用于获取管屏图像，并将所述管屏图像发送至所述控制器；
所述控制器还用于对所述管屏图像进行图像识别以确定所述管屏图像中管屏焊缝的位置，并根据所述位置确定所述管屏焊缝的延伸方向。
可选地，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括零位传感器，所述零位传感器与所述控制器电连接；
所述零位传感器用于检测所述电机的转子是否在初始位置，并将检测结果发送给所述控制器；
所述控制器用于在根据所述检测结果确定所述转子到达所述初始位置的情况下，控制所述运动模组沿管屏焊缝的延伸方向运动。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明实施例的管屏焊缝缺陷检测装置能够实现对管屏焊缝的自动缺陷检测，适用于各类检测场景，焊缝缺陷检测过程中无需人工干预，增加了管屏焊缝检测的效率和检出率，可以降低人工劳动强度，减少用工量。
附图说明
图1为本发明一示例实施例提供的一种管屏焊缝缺陷检测装置的模块示意图；
图2为本发明一示例性实施例提供的一种管屏焊缝缺陷检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
图1为本发明一示例实施例提供的一种管屏焊缝缺陷检测装置的模块示意图，该管屏焊缝缺陷检测装置包括：运动模组11、视觉识别模组12和控制器13。视觉识别模组12承载于运动模组11上；控制器13分别与运动模组11和视觉识别模组12电连接。
控制器13用于控制运动模组11沿管屏焊缝的延伸方向运行，以使运动模组11带动视觉识别模组12移动。
视觉识别模组12用于在移动的过程中获取管屏焊缝的视觉数据，并将视觉数据发送至控制器13。
控制器13还用于根据视觉数据对管屏焊缝进行缺陷检测。
控制器13中预先部署有各类缺陷检测算法，能够对视觉数据进行检测筛选，识别缺陷类型。
图2为本发明一示例性实施例提供的一种管屏焊缝缺陷检测装置的结构示意图，在对管屏的焊缝进行缺陷检测时，将管屏焊缝缺陷检测装置挪动至管屏14附近，控制器13控制运动模组11沿管屏焊缝的延伸方向运动，由于视觉识别模组12承载于运动模组11上，运动模组11沿管屏焊缝的延伸方向运动意味着视觉识别模组12沿管屏焊缝的延伸方向运动。在视觉识别模组12移动的过程中，视觉识别模组12扫查焊缝，以获取管屏焊缝的视觉数据，并将该视觉数据发送给控制器13，以由控制器13根据该视觉数据对管屏焊缝进行缺陷检测，输出焊缝缺陷检测结果。
本发明实施例的管屏焊缝缺陷检测装置能够实现对管屏焊缝的自动缺陷检测，适用于各类检测场景，焊缝缺陷检测过程中无需人工干预，增加了管屏焊缝检测的效率和检出率，可以降低人工劳动强度，减少用工量，便于推广和使用。
在一个实施例中，运动模组11包括滚轴丝杠、轴承和电机；电机与滚轴丝杠的一端固定连接；滚轴丝杠的另一端通过轴承连接于视觉识别模组12的连接部。通过滚轴丝杠、轴承和电机实现视觉识别模组12按照目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动，控制精确度较高且易于实现。
在一个实施例中，管屏焊缝缺陷检测装置还包括移动小车15，运动模组11和视觉识别模组12均承载于15上。移动小车包括轮子和型材，便于将管屏焊缝缺陷检测装置挪动至所需检测的位置，也即待检测的管屏附近。
控制器可以部署于移动小车上，也可以单独部署，甚至可以远程部署。当控制器远程部署时，控制器与运动模组11和视觉识别模组12可以采用无线通信的方式连接。本实施例中，操作人员可以远程操控运动模组11和视觉识别模组12，避免视觉识别模组12发射有辐射的光线时对操作人员造成损失。
在一个实施例中，控制器13控制运动模组11以目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动，也即控制运动模组11匀速沿管屏焊缝的延伸方向运动，从而使得视觉识别模组12匀速沿管屏焊缝的延伸方向运动，确保视觉识别模组12在移动的过程中能够获取稳定的视觉数据。
在一个实施例中，控制器13基于闭环控制算法实现控制运动模组11匀速运动。管屏焊缝缺陷检测装置还包括速度传感器，速度传感器位于运动模组11上且与控制器13电连接。速度传感器检测运动模组11的实际运动速度，并将实际运动速度发送给控制器13；控制器13则根据实际运动速度调节运动模组11的速度，以使运动模组11以目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动。
当采用电机实现运动模组11时，调节运动模组11的速度也即调节运动模组11的转速，使得运动模组11的转速与目标运动速度相匹配。
在一个实施例中，控制器13基于闭环控制算法实现控制运动模组11匀速运动。当采用电机实现运动模组11时，管屏焊缝缺陷检测装置还包括电机转速检测器，电机转速检测器与控制器13电连接；电机转速检测器用于检测电机的实际转速，并将实际转速发送至控制器13。该实际转速表征运动模组11的实际运动速度。控制器13还用于根据实际转速调节电机的转速，以使电机以目标转速转动。该目标转速根据目标运动速度而确定，控制电机以目标转速转动，确保动模组以目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动。
在一个实施例中，目标运动速度根据用户输入速度确定。具体的，控制器13包括：速度确定单元和控制单元。速度确定单元根据用户输入速度确定目标运动速度，也即将用户输入的速度确定为目标运动速度。控制单元控制运动模组11按照目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动。
在一个实施例中，管屏焊缝缺陷检测装置还包括触摸屏，触摸屏与控制器13电连接。用户可以通过该触摸屏输入用户输入速度。控制器13结合检测精度要求和用户输入速度确定电机的目标转速，并控制电机以该目标转速运动，从而实现运动模组11以目标运动速度运动。用户还可以通过该触摸屏输入运动模组11的运动范围，以使控制器13控制运动模组11在该运动范围内运动。
在一个实施例，目标运动速度根据视觉识别模组12的视觉数据获取频率而确定。具体的，控制器13包括：速度确定单元和控制单元。速度确定单元根据视觉识别模组12的视觉数据获取频率确定目标运动速度，也即速度确定单元先确定视觉识别模组12的视觉数据获取频率，再根据该频率确定目标运动速度，目标运动速度与视觉数据获取频率呈正相关，也即视觉数据获取频率越大，目标运动速度越大；控制单元控制运动模组11按照目标运动速度沿管屏焊缝的延伸方向运动，确保运动模组11每运动一段距离，视觉识别模组12获取一次视觉数据。基于视觉识别模组12的视觉数据获取频率确定目标运动速度，能够确保视觉识别模组12获取的视觉数据能够覆盖整个管屏焊缝。
在一个实施例中，视觉识别模组12包括调节组件121和视觉识别器122；视觉识别器122通过调节组件121承载于运动模组11上，调节组件能够调节视觉识别器的位姿。从而，管屏焊缝缺陷检测装置能够实现对不同类型，不同尺寸的管屏的焊缝缺陷检测。其中，位姿包括水平方向的位置、竖直方向的高度、角度。
该调节组件具有多自由度运动特征，调节组件包括滑块、水平方向的滑轨和垂直方向的滑轨，滑块能够沿各个方向的滑轨移动实现对于视觉识别器水平方向的位置和竖直方向的高度的调节，进而实现对视觉识别模组12的扫查宽度进行调节。调节组件还包括角度调节螺丝，能够实现对视觉识别器的角度调节，进而实现对不同角度布置的焊缝进行扫查。
在一个实施例中，视觉识别器122采用激光轮廓传感器，激光轮廓传感器与控制器13电连接。该激光轮廓传感器可以通过安装板固定于调节组件的滑块上，其能够扫查焊缝的单条高度轮廓线，伴随激光轮廓传感器沿管屏焊缝的延伸方向运动，获取高度轮廓线序列，得到管屏焊缝的三维点云数据。激光轮廓传感器将该三维点云数据发送给控制器13，以由控制器13根据三维点云数据对管屏焊缝进行缺陷检测。
具体的，在进行缺陷检测时，控制器13根据激光三角定位原理从三维点云数据提取焊缝高度形貌点云，根据焊缝高度形貌点云确定管屏焊缝的深度和高度，并根据该深度和高度对管屏焊缝缺陷进行检测。检测规则可以但不限于包括将深度不符合深度阈值和/或高度不符合高度阈值的焊缝区域确定为缺陷区域。也即当某个区域的焊缝的高度和深度中只要有一项不符合对应的阈值，则确定该区域的焊缝存在缺陷。
采用激光轮廓传感器获取视觉数据突破了传统缺陷检测领域中视觉数据的获取方式，其适用于各类材质的管屏，对检测环境的光线要求不高，能够获得清晰的视觉数据。且不仅能检测管屏焊缝的均匀程度，对于气孔等缺陷能够起到很好的检测效果。
在一个实施例中，视觉识别器采用灰度相机和彩色相机实现，灰度相机和彩色相机与控制器13电连接。灰度相机和彩色相机用于在运动的过程中获取管屏焊缝的焊缝图像(视觉数据)；控制器13则基于机器学习对该焊缝图像进行图像识别，并根据图像识别结果对管屏焊缝进行缺陷检测。
在一个实施例中，视觉识别器采用X射线探伤的方式获取视觉数据；控制器13则基于X射线探伤获取的视觉数据，对管屏焊缝进行缺陷检测。
在一个实施例中，管屏焊缝缺陷检测装置还包括摄像头，摄像头与控制器13电连接。在进行焊缝缺陷检测之前，触发摄像头获取管屏图像，并将管屏图像发送至控制器13；控制器13对管屏图像进行图像识别以确定管屏图像中管屏焊缝的位置，进而基于几何算法和空间坐标转换确定管屏焊缝的延伸方向，控制运动模组11运动。
在一个实施例中，控制器13还可以基于图像识别结果确定管屏焊缝的尺寸，进而基于几何算法和空间坐标转换确定运动模组11的运动范围，控制运动模组11在该运动范围内运动。
在一个实施例中，管屏焊缝缺陷检测装置还包括零位传感器，零位传感器与控制器13电连接；零位传感器在焊缝缺陷检测之前检测电机的转子是否在初始位置，并将检测结果发送给控制器13；控制器13用于在根据检测结果确定转子到达初始位置的情况下，控制运动模组11沿管屏焊缝的延伸方向运动。也即在确定转子到达初始位置时，正式进入焊缝缺陷检测。
在管屏焊缝缺陷检测之前，零位传感器还可以对管屏焊缝缺陷检测装置的其他部件进行检测，消除运动间隙并归零，确定后续对管屏焊缝缺陷检测的有效进行。
下面通过一个具体应用场景对管屏焊缝缺陷检测过程作进一步说明。
S1、将移动小车移动至待检测的管屏旁边，设置调节组件至与该待检测的管屏相匹配的合适高度；
S2.初始化管屏焊缝缺陷检测装置并设置目标运动速度为50mm/s；
S3.启动管屏焊缝缺陷检测装置，对该待检测的管屏进行焊缝缺陷检测。
通过扫描该待检测的管屏的36.600m焊缝，包括36600条焊缝轮廓，检测结果包括：气孔异常累计4处，共43条轮廓；凹陷异常10处，共110条轮廓；咬边总长度50mm，500条轮廓。该检测结果表面实现了管屏焊缝缺陷检测装置准确地对管屏的焊缝缺陷进行检测。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，包括：运动模组、视觉识别模组和控制器；所述视觉识别模组承载于所述运动模组上；所述控制器分别与所述运动模组和所述视觉识别模组电连接；
所述控制器用于控制所述运动模组沿管屏焊缝的延伸方向运动，以使所述运动模组带动所述视觉识别模组移动；
所述视觉识别模组用于在移动的过程中获取所述管屏焊缝的视觉数据，并将所述视觉数据发送至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述视觉数据对所述管屏焊缝进行缺陷检测。
2.根据权利要求1所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述控制器包括：
速度确定单元，用于确定目标运动速度；所述目标运动速度根据用户输入速度而确定或者根据所述视觉识别模组的视觉数据获取频率而确定；
控制单元，用于控制所述运动模组按照所述目标运动速度沿所述管屏焊缝的延伸方向运动。
3.根据权利要求2所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括速度传感器，所述速度传感器位于所述运动模组上且与所述控制器电连接；
所述速度传感器用于检测所述运动模组的实际运动速度，并将所述实际运动速度发送给所述控制器；
所述控制器还用于根据所述实际运动速度调节所述运动模组的速度至所述目标运动速度。
4.根据权利要求1所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述运动模组包括滚轴丝杠、轴承和电机；
所述电机与所述滚轴丝杠的一端固定连接；
所述滚轴丝杠的另一端通过所述轴承连接于所述视觉识别模组的连接部。
5.根据权利要求4所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括电机转速检测器，与所述控制器电连接；
所述电机转速检测器用于检测所述电机的实际转速，并将所述实际转速发送至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述实际转速调节所述电机的速度至目标转速。
6.根据权利要求1所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述视觉识别模组包括调节组件和视觉识别器；
所述视觉识别器用于通过所述调节组件承载于所述运动模组上；
所述调节组件用于调节所述视觉识别器的位姿。
7.根据权利要求6所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述视觉识别器为激光轮廓传感器，所述激光轮廓传感器与所述控制器电连接；
所述激光轮廓传感器用于在运动的过程中获取所述管屏焊缝的视觉数据，所述视觉数据包括三维点云数据；
所述控制器根据所述三维点云数据对所述管屏焊缝进行缺陷检测。
8.根据权利要求7所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，在进行缺陷检测时，所述控制器具体用于：
根据激光三角定位原理从所述三维点云数据提取焊缝高度形貌点云；
根据所述焊缝高度形貌点云确定所述管屏焊缝的深度和高度；
将所述深度不符合深度阈值和/或所述高度不符合高度阈值的焊缝区域确定为缺陷区域。
9.根据权利要求1所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括摄像头，所述摄像头与所述控制器电连接；
所述摄像头用于获取管屏图像，并将所述管屏图像发送至所述控制器；
所述控制器还用于对所述管屏图像进行图像识别以确定所述管屏图像中管屏焊缝的位置，并根据所述位置确定所述管屏焊缝的延伸方向。
10.根据权利要求4所述的管屏焊缝缺陷检测装置，其特征在于，所述管屏焊缝缺陷检测装置还包括零位传感器，所述零位传感器与所述控制器电连接；
所述零位传感器用于检测所述电机的转子是否在初始位置，并将检测结果发送给所述控制器；
所述控制器用于在根据所述检测结果确定所述转子到达所述初始位置的情况下，控制所述运动模组沿管屏焊缝的延伸方向运动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116577350A (zh) * 2023-07-13 2023-08-11 北京航空航天大学杭州创新研究院 物料表面毛球点云采集装置和物料表面毛球数据采集方法

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