焊缝表面质量智能检测系统及实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种焊缝表面质量智能检测系统及实现方法，属于焊缝表面质量检测领域。包括挖机斗杆变位机、工业计算机、六轴机器人、机器人基座、机器人地轨、表面扫查仪器、视觉传输相机、挖机斗杆；所述六轴机器人通过机器人基座固定于机器人地轨之上，夹持表面扫查仪器沿着焊缝进行表面扫查，表面扫查仪器与工业计算机相连。优点在于：构思新颖、结构简单，使用方便。解决了挖掘机斗杆焊缝人工检测精度差和效率低下的问题，利用六轴机器人夹持表面扫查仪器对焊缝进行智能扫查，表面扫查仪器将线激光垂直打在焊缝表面，同时对斗杆焊缝表面质量进行定量检测。极大提高工件焊缝表面质量检测效率，缩短工时50%以上，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
焊缝表面质量智能检测系统及实现方法


[0001]本专利技术涉及焊缝表面质量检测领域，特别涉及一种工程结构件中挖掘机斗杆的焊缝表面质量智能检测系统及实现方法。

技术介绍

[0002]目前对于大型工程结构件中挖掘机斗杆焊缝表面检测，通常采用如下人工方式：
[0003](1)卡尺测量焊缝外观尺寸参数：取点采用专用卡尺测量焊缝余高、宽度、焊脚尺寸等参数。该方式因为卡尺磨损和人为因素导致的测量误差可达2mm；对于挖掘机斗杆焊缝余高、宽度、焊脚尺寸等难以准确测量，且检测时只是单纯的取点测量，数据对于整条焊缝并不完整，不能有效反映焊缝的全貌信息。因此一般的人工方法难以高效、准确地检测焊缝表面质量。
[0004](2)视觉观测：通过焊接工人观测焊缝表面状态，不做精确测量，仅凭借着工人经验判定焊缝表面质量的合格性，该方式对于焊缝表面质量的评判不具有可靠数据依据。
[0005]综上所述，不论是取点卡尺测量焊缝外观尺寸参数，还是视觉观测确定焊缝表面质量，都存在检测数据不全面、不精确、效率低下等问题。亟待改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种焊缝表面质量智能检测系统及实现方法，解决了现有技术存在的人工表面质量检测技术低精度、效率低下等问题。本专利技术利用六轴机器人夹持表面扫查仪器对焊缝进行智能扫查，表面扫查仪器将线激光垂直打在焊缝表面，利用软件自动提取焊缝质检特征点，提取焊缝形态学特征，获取对接焊缝余高、宽度、凸起、下凹等参数，获取角接焊缝焊脚尺寸参数，进而根据国家标准对焊缝表面质量进行智能评估。极大提高工件焊缝表面质量检测效率，缩短工时50％以上。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]焊缝表面质量智能检测系统，包括挖机斗杆变位机、工业计算机1、六轴机器人2、机器人基座3、机器人地轨7、表面扫查仪器9、视觉传输相机10、挖机斗杆13；所述六轴机器人2通过机器人基座3固定于机器人地轨7之上，夹持表面扫查仪器9沿着焊缝进行表扫查，表面扫查仪器9与工业计算机1相连。
[0009]所述的挖机斗杆变位机由挖机斗杆变位机主支撑架4、挖机斗杆变位机副支撑架5、挖机斗杆变位机副支撑架地轨6、变位机旋转电机8构成，所述挖机斗杆变位机主支撑架4固定在地面，挖机斗杆变位机副支撑架5固定在挖机斗杆变位机副支撑架地轨6的平移滑块上，相对挖机斗杆变位机主支撑架4平移移动，挖机斗杆变位机副支撑架5通过在挖机斗杆变位机副支撑架地轨6上平行滑移配合挖机斗杆变位机主支撑架4夹持挖机斗杆，且通过变位机旋转电机8使挖机斗杆13实现360
°
旋转；固定于机器人地轨7上的六轴机器人2夹持表面扫查仪器9，通过挖机斗杆变位机的配合，实现不同空间位置和姿态的斗杆焊缝表面质量检测。
[0010]所述的表面扫查仪器9与视觉传输相机10通过连接板11固定在六轴机器人2前端，视觉传输相机10通过侧翼连接板固定于表面扫查仪器9上；表面扫查仪器9由线激光发生器、CCD工业相机构成，视觉传输相机10通过USB连接线与工业计算机1连接，将待检测焊缝的表面状态传输于工业计算机1中；表面扫查仪器9内线激光发生器产生的线激光投射于焊缝表面，CCD工业相机拍摄带有激光线的焊缝照片，获取单条激光线的黑白图像，依据CCD工业相机拍摄的频率以及扫查速度，将无数个单条激光线组合为焊缝表面几何状态的三维模拟图，利用焊缝表面几何状态的三维模拟图直观与形象的观测焊缝质量等级。
[0011]所述的表面扫查仪器9为非接触式视觉检测，工作时六轴机器2人控制表面扫查仪器9的底端与检测焊缝的距离为75mm～100mm；六轴机器人2夹持表面扫查仪器9在工作时速度为15mm/s～30mm/s；当对对接焊缝进行质检时，表面扫查仪器9内线激光发生器产生的线激光与对接焊缝横向方向平行，线激光轴线垂直于对接焊缝横向方向、表面扫查仪器9扫查方向；当对角接焊缝进行质检时，表面扫查仪器9内线激光发生器产生的线激光在垂直于表面扫查仪器9扫查方向，且线激光轴线与母材表面夹角为45
°
。
[0012]所述的视觉传输相机10通过侧翼连接板12连接在表面扫查仪器9的侧边，在焊缝检测过程中视觉传输相机10始终视觉传输待检测焊缝表面状态，视觉传输相机10通过USB连接线与工业计算机1连接，将带有线激光条纹的焊缝表面传输到工业计算机1，显示屏实时视觉显示。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种焊缝表面质量智能检测系统的实现方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1、挖机斗杆工装安装：挖机斗杆工件安装在挖机斗杆变位机之上，检测之前焊缝表面不进行打磨处理；
[0015]步骤2、将待检测焊缝编号：1......n；检测某条焊缝时，通过变位机旋转电机运动将待检测焊缝旋转至水平面；
[0016]步骤3、表面扫查仪器标定：表面扫查仪器线激光打到焊缝表面，其每一个光点都一一对应相机坐标系下的空间三维坐标点，利用小孔成像、三维坐标成像原理，将CCD相机成像得到的基于二维坐标系下像素坐标转换为相机坐标系下的空间三维坐标，为后续焊缝表面几何参数测量提供数据依据；
[0017]步骤4、六轴机器人夹持焊缝表面扫查仪器从待检测焊缝起始端到焊缝末端扫查，焊缝表面扫查仪器提取线激光光点坐标信息并传输到工业计算机中；
[0018]步骤5、利用图像处理技术，将提取的线激光图像转换为黑白图像；
[0019]步骤6、求取焊缝特征点，依据特征点求取焊缝的几何参数；
[0020]步骤7、根据焊缝表面质量评定标准，自主评定焊缝的质量；
[0021]步骤8、依据CCD工业相机拍摄的频率以及扫查速度，将无数个单条激光线组合为焊缝表面几何状态的三维模拟图，利用焊缝表面几何状态的三维模拟图直观与形象的观测焊缝质量等级；
[0022]步骤9、重复以上整个过程完成挖机斗杆的焊缝检测。
[0023]步骤3所述的将CCD相机成像得到的基于二维坐标系下像素坐标转换为相机坐标系下的空间三维坐标，具体转换流程如下：
[0024]设激光光点P在CCD工业相机拍摄的图片上的像素坐标为(u，v)，转化相机坐标系
下的实际坐标为(x
p
，y
p
，z
p
)，包含相机内参数标定和光平面方程标定：
[0025]相机内参标定：相机内参采用Halcon开发相机标定程序标定，相机内参标定后通过像平面二维坐标(u，v)，获得相机坐标系下的P点二维坐标(X
u
，Y
v
)，转换矩阵为W1：
[0026]转换公式为：
[0027]光平面方程标定：采用直接标定法标定光平面方程，光平面方程与相机坐标系下二维坐标(X
u
，Y
v
)联立并结合黄金分割法求得P点在相机坐标系下三维坐标(x
p
，y
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，z
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)，相机坐标系(o
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊缝表面质量智能检测系统，其特征在于：包括挖机斗杆变位机、工业计算机(1)、六轴机器人(2)、机器人基座(3)、机器人地轨(7)、表面扫查仪器(9)、视觉传输相机(10)、挖机斗杆(13)；所述六轴机器人(2)通过机器人基座(3)固定于机器人地轨(7)上，夹持表面扫查仪器(9)沿着焊缝进行表扫查，表面扫查仪器(9)与工业计算机(1)相连。2.根据权利要求1所述的焊缝表面质量智能检测系统，其特征在于：所述的挖机斗杆变位机由挖机斗杆变位机主支撑架(4)、挖机斗杆变位机副支撑架(5)、挖机斗杆变位机副支撑架地轨(6)、变位机旋转电机(8)构成，所述挖机斗杆变位机主支撑架(4)固定在地面，挖机斗杆变位机副支撑架(5)固定在挖机斗杆变位机副支撑架地轨(6)的平移滑块上，相对挖机斗杆变位机主支撑架(4)平移移动，挖机斗杆变位机副支撑架(5)通过在挖机斗杆变位机副支撑架地轨(6)上平行滑移配合挖机斗杆变位机主支撑架(4)夹持挖机斗杆(13)，通过变位机旋转电机(8)驱动挖机斗杆(13)实现360
°
旋转；固定于机器人地轨(7)上的六轴机器人(2)夹持表面扫查仪器(9)，通过挖机斗杆变位机的配合，实现不同空间位置和姿态的斗杆焊缝表面质量检测。3.根据权利要求1所述的焊缝表面质量智能检测系统，其特征在于：所述的表面扫查仪器(9)与视觉传输相机(10)通过连接板(11)固定在六轴机器人(2)前端，视觉传输相机(10)通过侧翼连接板固定于表面扫查仪器(9)上；表面扫查仪器(9)由线激光发生器、CCD工业相机构成，视觉传输相机(10)通过USB连接线与工业计算机(1)连接，将待检测焊缝的表面状态传输于工业计算机(1)中；表面扫查仪器(9)内线激光发生器产生的线激光投射于焊缝表面，CCD工业相机拍摄带有激光线的焊缝照片，获取单条激光线的黑白图像，依据CCD工业相机拍摄的频率以及扫查速度，将无数个单条激光线组合为焊缝表面几何状态的三维模拟图，利用焊缝表面几何状态的三维模拟图直观与形象的观测焊缝质量等级。4.根据权利要求1或3所述的焊缝表面质量智能检测系统，其特征在于：所述的表面扫查仪器(9)为非接触式视觉检测，工作时六轴机器(2)人控制表面扫查仪器(9)的底端与检测焊缝的距离为75mm～100mm；六轴机器人(2)夹持表面扫查仪器(9)在工作时速度为15mm/s～30mm/s；当对对接焊缝进行质检时，表面扫查仪器(9)内线激光发生器产生的线激光与对接焊缝横向方向平行，线激光轴线垂直于对接焊缝横向方向、表面扫查仪器(9)扫查方向；当对角接焊缝进行质检时，表面扫查仪器(9)内线激光发生器产生的线激光在垂直于表面扫查仪器(9)扫查方向，且线激光轴线与母材表面夹角为45
°
。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的焊缝表面质量智能检测系统，其特征在于：所述的视觉传输相机(10)通过侧翼连接板(12)连接在表面扫查仪器(9)的侧边，在焊缝检测过程中视觉传输相机(10)始终视觉传输待检测焊缝表面状态，视觉传输相机(10)通过USB连接线与工业计算机(1)连接，将带有线激光条纹的焊缝表面传输到工业计算机(1)，显示屏实时视觉显示。6.一种焊缝表面质量智能检测系统的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、挖机斗杆工装安装：挖机斗杆工件安装在挖机斗杆变位机之上，检测之前焊缝表面不进行打磨处理；步骤2、将待检测焊缝编号：1......n；检测某条焊缝时，通过变位机旋转电机运动将待检测焊缝旋转至水平面；步骤3、表面扫查仪器标定：表面扫查仪器线激光打到焊缝表面，其每一个光点都一一
对应相机坐标系下的空间三维坐标点，利用小孔成像、三维坐标成像原理，将CCD相机成像得到的基于二维坐标系下像素坐标转换为相机坐标系下的空间三维坐标，为后续焊缝表面几何参数测量提供数据依据；步骤4、六轴机器人夹持焊缝表面扫查仪器从待检测焊缝起始端到焊缝末端扫查，焊缝表面扫查仪器提取线激光光点坐标信息并传输到工业计算机中；步骤5、利用图像处理技术，将提取的线激光图像转换为黑白图像；步骤6、求取焊缝特征点，依据特征点求取焊缝的几何参数；步骤7、根据焊缝表面质量评定标准，自主评定焊缝的质量；步骤8、依据CCD工业相机拍摄的频率以及扫查速度，将无数个单条激光线组合为焊缝表面几何状态的三维模拟图，利用焊缝表面几何状态的三维模拟图直观与形象的观测焊缝质量等级；步骤9、重复以上整个过程完成挖机斗杆的焊缝检测。7.根据权利要求6所述的焊缝表面质量智能检测系统的实现方法，其特征在于：步骤3所述的将CCD相机成像得到的基于二维坐标系下像素坐标转换为相机坐标系下的空间三维坐标，具体转换流程如下：设激光光点P在CCD工业相机拍摄的图片上的像素坐标为(u，v)，转化相机坐标系下的实际坐标为(x
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p
)，包含相机内参数标定和光平面方程标定：相机内参标定：相机内参采用Halcon开发相机标定程序标定，相机内参标定后通过像平面二维坐标(u，v)，获得相机坐标系下的P点二维坐标(X
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)，转换矩阵为W1：转换公式为：光平面方程标定：采用直接标定法标定光平面方程，光平面方程与相机坐标系下二维坐标(X
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)联立并结合黄金分割法求得P点在相机坐标系下三维坐标(x

【专利技术属性】
技术研发人员：方荣超，丁贺，谢春雷，王河，赵小辉，王浩，蔡宇，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：