[发明专利]基于线激光旋转扫描的轮毂焊缝三维特征测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于线激光旋转扫描的轮毂焊缝三维形貌特征测量装置，其特征在于，包括线结构光传感器(1)、旋转位移控制系统、LED补光灯控制系统和计算机(4)；所述线结构光传感器(1)包括以固定夹角安装的线激光器与工业相机，线激光器产生的激光条纹受待测轮毂(5)焊缝表面形貌调制进而反应三维特征，由工业相机采集光条纹图像并传输给计算机(4)分析与计算；所述旋转位移控制系统用于控制被测工件均匀旋转，由旋转台(3)与电控台控制器组成；所述LED补光灯控制系统用于在采集焊缝灰度图像时提供均匀光照，在采集光条图像时关闭LED(2)；所述计算机(4)包括控制与显示子模块，焊缝轮廓三维重建子模块和焊缝上缘识别子模块；所述旋转位移控制系统与LED补光灯控制系统和计算机的控制与显示子模块通过UART串口通信，由计算机发出指令控制旋转台的旋转方向与速度以及LED亮度与开关；所述控制与显示子模块用于实时显示焊缝线激光条纹图像与轮毂焊缝灰度图像的采集情况和控制各子模块有序执行；

所述的焊缝轮廓三维重建子模块，用于利用视觉传感器的标定参数获取二维图像像素点坐标与三维空间坐标点的映射关系；线激光器产生线结构光与被测轮毂上的焊缝相交，采集焊缝轮廓光条纹图像并图像预处理与提取光条中心线；通过所述二维与三维坐标映射关系，计算焊缝轮廓三维点云集；

所述焊缝轮廓三维重建子模块中的焊缝轮廓光条纹图像处理，其步骤包括：首先对焊缝轮廓光条纹图像感兴趣区域提取；对焊缝轮廓光条纹图像使用OTSU自适应阈值图像分割算法，将图像二值化并分割光条与背景区域；光条纹二值图像利用灰度阈值重心法求取光条纹中心线像素坐标值；

所述的视觉传感器，用针孔成像模型的内部参数与畸变系数描述工业相机成像，用线结构光标定结果即相对相机模型的线结构光平面方程结合相机标定参数来描述二维坐标点与三维空间坐标点的映射关系；

所述的焊缝上缘识别子模块，基于双输入的改进型U-Net网络实现焊缝的语义分割；所述双输入的改进型U-Net网络框架基于U-Net网络，包括主干特征提取与加强特征提取部分，主干特征提取部分具有5个由卷积与最大池化堆叠的特征提取网络，可获得五个尺度的有效特征层，加强特征提取部分将主干特征提取网络得到特征层上采样并进行特征融合；将最后一个特征层的每个像素点进行分类预测得到语义分割结果；所述双输入的改进型U-Net网络将主干特征提取中第三、四特征提取子模块中的卷积层替换为3×3的空洞率为1-dilated与2-dilated的空洞卷积层；双输入的改进型U-Net网络，其双输入包括原始轮毂焊缝灰度图像与利用Canny边缘检测制作的焊缝差图；两个输入分支图像经过多个3×3卷积层初步提取特征，分别得到的特征图经过Concatenate拼接操作后作为改进型U-Net网络的输入层。

2.根据权利要求1所述的基于线激光旋转扫描的轮毂焊缝三维形貌特征测量装置，其特征在于，所述视觉传感器的工业相机使用Daheng Image的MER2-503-36U3M，分辨率为2448(H)×2048(V)；所述视觉传感器的线激光器中心波长650nm，可TTL调制，其调制信号由计算机GPIO产生。

3.根据权利要求1所述的基于线激光旋转扫描的轮毂焊缝三维形貌特征测量装置，其特征在于，所述的电控台控制器选用大恒光电GCD-0401M，通过UART串口通信与计算机控制与显示子模块传输控制指令与应答信号。

4.根据权利要求1所述的基于线激光旋转扫描的轮毂焊缝三维形貌特征测量装置，其特征在于，光源控制器选用Koma Vision的DCS2.0-4C030W-24PS，控制方式使用无源外触发方式或者通过RS232串口通信接口与上位机连接。