[发明专利]基于线激光扫描的焊缝外观形状及表面缺陷检测方法

摘要

本发明公开了一种基于线激光扫描的焊缝外观形状及表面缺陷检测方法，是使用线激光获取焊缝任一截面的实际轮廓曲线，并对实际轮廓曲线高维拟合得到拟合轮廓曲线，进而得到拟合轮廓曲线的一阶导数曲线，由一阶导数曲线确定焊缝起点和终点的寻址范围，在寻址范围内找到实际轮廓曲线上与拟合轮廓曲线差值最大的点作为该焊缝截面的焊缝起点和终点。沿焊缝纵向扫描，得到焊缝的整体三维轮廓图像。焊缝轮廓曲线上任意点与拟合轮廓曲线的差值超出预设标准值则认定该处焊缝存在缺陷。本发明检测方法能够准确判断出焊缝的起终点，并据此精确判断出焊缝的各种表面缺陷。

主权项

一种基于线激光扫描的焊缝外观形状及表面缺陷检测方法，在三维空间中进行，以所述焊缝的纵方向为Z轴方向，截面方向为X轴方向，高度为Y轴方向，其特征是所述线激光位于焊缝的Y轴方向，对X轴方向的焊缝截面进行扫描，并沿Z轴方向移动，所述检测方法包括：1)、获取焊缝任一截面的实际轮廓曲线使用一束线激光聚焦在焊缝上任一截面的表面，从另一角度对焊缝表面的线激光进行成像，读取所述焊缝截面表面轮廓图像上各点的数据，获得所述焊缝截面的实际轮廓曲线；2)、对焊缝实际轮廓曲线进行拟合采用最小二乘法对所述焊缝截面的实际轮廓曲线进行高维拟合，得到所述焊缝截面的拟合轮廓曲线，其中的高维拟合为八阶拟合至十五阶拟合之一；3)、确定焊缝的起、终点位置对所述焊缝截面的拟合轮廓曲线上的数据点一阶求导，得到所述拟合轮廓曲线的一阶导数曲线；以拟合轮廓曲线上的高度最大值作为焊缝中心，从焊缝中心开始，寻找拟合轮廓曲线左侧距离焊缝中心最近的一阶导数为零的点作为寻址范围的起点，起点至焊缝中心之间一阶导数绝对值的最大值作为寻址范围的终点，确定该起点至终点的区间为焊缝起点的寻址范围；在所述寻址范围内找到实际轮廓曲线上的与拟合轮廓曲线差值最大的点作为所述焊缝截面的焊缝起点，且拟合轮廓曲线在所述焊缝起点处的值一定大于实际轮廓曲线；同样方法，在焊缝右侧的实际轮廓曲线上找到与拟合轮廓曲线差值最大的点作为所述焊缝截面的焊缝终点；所述焊缝起点与焊缝终点之间的距离即为所述焊缝截面的焊缝宽度，所述焊缝起点与焊缝终点连线到所述焊缝实际轮廓曲线上高度最大值的垂直距离即为所述焊缝截面的焊缝高度；由此获得一帧所述焊缝截面的焊缝轮廓曲线；4)、获取焊缝的表面轮廓图像以恒定的速度沿焊缝纵向移动所述线激光，每间隔规定的扫描步长获取一帧焊缝截面实际轮廓线，重复上述过程，得到每一帧焊缝截面的焊缝轮廓曲线；将所有帧焊缝轮廓曲线合并处理，得到所述焊缝的整体三维轮廓图像；对所有帧焊缝的焊缝宽度和焊缝高度取平均值，得到所述焊缝的平均焊缝宽度和平均焊缝高度；5)、按照下述判定标准检测所述焊缝上是否存在未熔合、咬边或气孔缺陷a）对于任意一帧焊缝轮廓曲线，计算焊缝轮廓曲线上任意点与拟合轮廓曲线高度的差值，差值超出预设标准值，认定该点存在缺陷；b）沿焊缝纵向方向，从存在缺陷点的第一帧轮廓开始，到缺陷停止的最后一帧轮廓，以轮廓帧数乘以轮廓间扫描步长，计算出缺陷的长度；c）包含有焊缝起点或焊缝终点的缺陷为未熔合或咬边，其余缺陷为气孔；6)、按照下述判定标准检测所述焊缝上是否存在焊瘤缺陷a）将所述焊缝沿纵向分成若干个标准段，计算每个标准段焊缝的分段平均高度；b）计算各分段平均高度与标准焊缝高度的差值，差值大于预设标准值即为存在焊瘤，标准段位置即为焊瘤位置，高度差值即为焊瘤大小；所述标准焊缝高度按照公式H=1+0.15b计算，其中H为标准焊缝高度，mm；b为钢板厚度，mm。