专利名称：主动红外ccd焊缝检测方法
技术领域：
本发明涉及一种主动红外的CCD焊缝检测方法，用于工业领域的焊缝检测，尤其适用于对汽车部件的焊缝检测，属于焊缝检测技术领域。
背景技术：
由于焊缝检测在工业中的重要性，人们多年来对焊缝的检测方法进行了许多的研究工作，现在对焊缝进行检测已成为一门发展快速的技术。目前主要有以下四种有效的方法1、硬射线(χ，γ)检测；2、超声波检测；3、磁通方法检测；4、CCD(固态摄像器)检测。硬射线检测中的χ，γ射线对人体有伤害，不安全。并且它还要建造铅房来进行工作。这种铅房造价非常高，同时它的其它配套仪器设备价格非常昂贵，不能适应汽车部件大批量生产的需要。磁通检测虽然没有硬射线对人体危害那么可怕，但是它的电磁污染也非常大，对周边设备和环境都存在一定的影响。它的分割式直探头，横波斜探头，表面波探头，工作起来都需要屏蔽保护装置，并且难以小型化。同时汽车本身部件的形状和大小会影响到检测结果的准确性。超声波检测广泛应用于焊缝的质量检测。它具有检测灵敏度高、速度快的优点，但在检测时需要超声耦合剂，并对操作人员的技术要求很高。在汽车部件检测时很多情况下不允许使用超声耦合剂。同时国家规定钢板厚度的下限是8mm。但是汽车焊接部件一般是薄板，检测有一定难度，在技术和设备上增加投入，可以解决这个问题，但是会大大增加造价。CCD技术没有以上三种方法的弊病，CCD传感器为非接触测量、可非常方便地将数码信号通过接口传送至计算机；CCD传感器可以小型化，并且维护方便。CCD传感器不能检测到焊缝内部焊接质量，不过通过表面焊缝图像的识别，完全可以得出是否漏焊、是否焊偏、焊缝的大小和形状，从总体上评估焊接质量。
目前工业上常用的检测方法都集中在用CCD获得焊缝在可见光下的彩色图像进行处理，以获得焊缝的各种参数。在可见光下，图像的光照模型是不稳定动态变化的，因此造成了焊缝的图像处理相对比较复杂，而且对焊缝图像的分割效果很差，也就影响了对焊缝参数的提取。如果采用智能学习的方法如神经网络支持向量学习方法可能达到一定的分割效果但是速度慢不适合实时检测。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种主动红外CCD焊缝检测方法，处理简单快速，检测精度高，适用各种实际应用场合。
为实现这样的目的，本发明结合主动红外技术和CCD技术，提出了主动红外CCD焊缝检测方法，选择红外发光二极管作为主动红外成像的光源，CCD作为获取主动红外图像的检测器，根据焊缝在焊接过程中显微组织结构和化学成分的变化，获取焊缝主动红外图像，由计算机获取CCD的视频输入，然后对焊缝红外图像进行一系列处理，经图像滤波、图像分割、图像匹配后提取焊缝的各个特征参数来评估焊接质量，并将分析结果存入数据库，最后对整个焊缝质量进行统计分析，对不符合要求的焊缝进行报警，并形成报表。
本发明的方法主要包括红外图像获取、图像处理和数据库管理三个步骤，具体如下1、红外图像获取将红外发光二极管阵列照射在被摄物体(焊缝)的表面，采用CCD作为获取主动红外图像的检测器，获取焊缝的近红外反射图像，送入计算机。
本发明图像获取的光源选用红外光源，由红外发光二极管阵列构成。所选用红外发光二极管工作电压为3V，工作电流为10mA，红外光线峰值波长880nm；红外CCD可选用通用CCD，CCD带红外CCD专用滤光镜，带宽850nm-920nm，透射近红外光，截止可见光。工作时，红外光源呈一定的角度照射在被摄物体(焊缝)的表面，光束角度为34°；由CCD获取焊缝的近红外反射图像，由计算机获取CCD的视频输入。
2、图像处理计算机获取CCD视频输入后，对红外图像进行图像滤波、图像分割、图像匹配和图像定标处理，并提取焊缝的特征。采取中值滤波法进行图像滤波，消除一些噪声点对整个分析处理的影响，同时不破坏焊缝的边缘，采用迭代法求得最佳的图像分割阈值，利用焊缝已知模型进行匹配找出焊缝完成图像匹配，找出图像大小与实际大小之间的关系进行图像定标，通过图像定标，得到焊缝的参数包括，焊缝的宽度、长度和偏心距等，完成焊缝的特征提取。
3、数据库管理计算机图像处理完毕后，对整个焊缝质量进行统计分析，接着将分析结果存入数据库，并形成报表，对不符合要求的焊缝，计算机给出报警信号，进行报警。
本发明具有显著的优良特性。选择红外发光二极管作为主动红外成像的光源，具有发光率高，成像清晰，近红外输出等许多优点，采用主动红外技术的CCD焊缝图像检测，减少了周围其他物体的相互辐射的影响，周围物体的红外辐射相对红外光源可以忽略不计，同时减少了焊缝自身辐射的红外光的影响，红外图像的光照模型相对比较稳定。由于焊接过程中，焊缝的显微组织结构和化学成分的变化，从而使得焊缝的熔合线处的红外反射系数比母体和焊缝本身要低，相应所获取的红外图像中，该处灰度值相对其他部分要低。采用本发明的方法所获取的主动红外图像焊缝特征明显，相应的图像处理算法简单快速，使本发明的检测方法速度快、精度高(检测精度为0.1mm)、稳定可靠，在各种实际工业场合都具有应用前景。


图1为本发明主动红外CCD焊缝检测方法流程图。
图2为本发明主动红外检测系统的图像处理流程图。
图3为本发明实施例中获取的焊缝红外图像。
图4为本发明实施例中经图像分割后的焊缝红外图像。
图5为本发明实施例中提取的焊缝红外图像。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的主动红外CCD焊缝检测方法流程如图1所示。首先采用CCD摄像机获取焊缝的红外图像，选择红外发光二极管为红外光源，将红外发光二极管阵列照射在焊缝的表面，采用CCD作为获取主动红外图像的检测器，该CCD带红外CCD专用滤光镜，透射近红外光，截止可见光；红外发光二极管工作电压为3V，工作电流为10uA，光线峰值波长940nm，光束角度为34°，得到焊缝红外图像如图3所示。
接着计算机对图3焊缝红外图像进行分析处理，处理过程如图2所示。由计算机获取CCD的视频输入后对视频进行分析处理。采取中值滤波法进行图像滤波，采用迭代法求得最佳的分割阈值，进行图像分割，所得的焊缝红外图像的分割图如图4所示。然后利用焊缝已知模型进行图像匹配找出焊缝，找出图像大小与实际大小之间的关系进行图像定标，并由此提取焊缝的特征，得到焊缝的宽度、长度和偏心距等参数。提取的焊缝特征如图5所示。
将分析结果存入数据库，最后对整个焊缝质量进行统计分析，对不符合要求的焊缝进行报警，并形成报表。
权利要求
1.一种主动红外CCD焊缝检测方法，其特征在于包括如下具体步骤1)红外图像获取将红外发光二极管阵列照射在焊缝的表面，采用CCD作为获取主动红外图像的检测器，获取焊缝的近红外反射图像，送入计算机，红外发光二极管工作电压为3V，工作电流为10mA，红外光线峰值波长880nm，CCD带红外CCD专用滤光镜，带宽850nm-920nm；2)图像处理计算机获取CCD视频输入后，对红外图像进行图像滤波、图像分割、图像匹配和图像定标处理，并提取焊缝的特征，采取中值滤波法进行图像滤波，采用迭代法求得最佳的图像分割阈值，利用焊缝已知模型进行图像匹配找出焊缝，找出图像大小与实际大小之间的关系进行图像定标，得到焊缝的参数，包括焊缝的宽度、长度和偏心距，完成焊缝的特征提取；3)数据库管理计算机图像处理完毕后，对整个焊缝质量进行统计分析，将分析结果存入数据库，并形成报表，对不符合要求的焊缝，计算机给出报警信号，进行报警。
全文摘要
一种主动红外CCD焊缝检测方法，选择红外发光二极管作为主动红外成像的光源，CCD作为获取主动红外图像的检测器，根据焊缝在焊接过程中显微组织结构和化学成分的变化，获取焊缝主动红外图像，由计算机获取CCD的视频输入，然后对焊缝红外图像进行一系列处理，经图像滤波、图像分割、图像匹配后提取焊缝的各个特征参数来评估焊接质量，并将分析结果存入数据库，最后对整个焊缝质量进行统计分析，对不符合要求的焊缝进行报警，并形成报表。本发明所获取的主动红外图像焊缝特征明显，相应的图像处理简单快速，检测速度快、精度高、稳定可靠，适合于实际工业场合。
文档编号G01N21/17GK1546995SQ20031010935
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者丁国清, 颜国正, 王志武, 陈太星 申请人:上海交通大学