(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210254059.8 (22)申请日 2022.03.15 (71)申请人 安徽工程大学 地址 241000 安徽省芜湖市鸠江区北京中 路 (72)发明人 吴路路　朱明生　王园　熊新炎　 邹华伟　江本赤　 (74)专利代理 机构 北京风雅颂专利代理有限公 司 11403 专利代理师 方昊 (51)Int.Cl. G01N 21/88(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01B 11/24(2006.01) (54)发明名称 一种基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线 检测方法及装置 (57)摘要 本说明书一个或多个实施例提供的一种基 于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法及 装置， 基于3D视觉检测技术， 首先获取需要进行 质量检测的焊件表面3D空间坐标数据， 并将其转 换为基于焊缝坐标系的标准3D空间坐标数据， 再 采用表面插值方法重构焊件表面3D形貌， 将所述 焊件表面3D形貌划分成焊缝表面形貌和组件表 面形貌， 并获取焊缝截面形貌和组件截面形貌， 最终基于 所述焊件表面3D形貌、 焊缝截面形貌以 及组件截面形貌， 识别焊件表面缺陷， 从而解决 了视觉检测技术在焊缝质量检测方面的技术应 用问题， 有效的提高了焊接缺陷检测的效率和质 量， 提升了焊接过程的自动化水平。 权利要求书3页 说明书9页 附图7页 CN 114740006 A 2022.07.12 CN 114740006 A 1.一种基于 3D视觉传感的焊件表面 缺陷在线检测方法， 其特 征在于， 包括： 获取需要进行质量检测的焊件表面3D空间坐标数据， 所述焊件表面3D空间坐标数据包 括焊接组件表面数据以及焊接后形成的焊缝表面数据； 以焊缝的纵向方向为一空间坐标系某一坐标轴， 构建焊缝坐标系， 通过空间坐标变换 将所述焊件表面3D空间坐标 数据变换为基于所述焊缝坐标系的标准3D空间坐标 数据； 基于所述标准3D空间坐标 数据， 采用表面插值方法重构焊件表面3D形貌； 根据焊接组件的表面特点， 求取焊缝表面与焊接组件表面之间的分界线， 基于所述分 界线， 将所述焊件表面3D形貌划分成焊缝表面形貌和组件表面形貌； 采用垂直于焊缝纵向线的平面截取所述焊缝表面形貌和组件表面形貌， 获取焊缝截面 形貌和组件 截面形貌； 基于所述焊件表面3D形貌、 焊缝截面形貌以及组件 截面形貌， 识别焊件表面 缺陷。 2.根据权利要求1所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 所述以焊缝的纵向方向为一空间坐标系某一坐标轴， 构建焊缝坐标系， 通过空间坐标变换 将所述焊件表面3D空间坐标数据变换为基于所述焊缝坐标系的标准3D空间坐标数据， 包 括： 记录焊接过程中焊枪 运行的轨 迹； 对轨迹数据拟合， 获取焊缝纵向方向数据； 以纵向方向为空间坐标系一坐标轴， 构建焊缝坐标系， 所述焊缝坐标系坐标系符合笛 卡尔坐标规则， 坐标原点在拟合的轨 迹上； 通过空间坐标齐次变换， 将所述焊件表面3D空间坐标数据变换为基于所述焊缝坐标系 的标准3D空间坐标 数据。 3.根据权利要求1所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 所述基于所述标准3D空间坐标 数据， 采用表面插值方法重构焊件表面3D形貌， 包括： 以所述标准3D空间坐标数据为离散的空间数据点， 采用非网格化数据插值方法对所述 标准3D空间坐标 数据进行插值处 理， 以密化数据， 获得焊件表面3D形貌 。 4.根据权利要求1所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 所述根据焊接组件的表面特点， 求取焊缝表面与焊接组件表面之间的分界线， 基于所述分 界线， 将所述焊件表面3D形貌划分成焊缝表面形貌和组件表面形貌， 包括： 采用数据遍历的方法求取焊缝表面与焊接组件表面的边 缘线； 以所述边缘线为分界线， 将所述焊件表面3D形貌划分为3部分， 中间为焊接金属熔融再 凝固后形成的真实焊缝的焊缝表面形貌， 两边 为组件表面形貌 。 5.根据权利要求4所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 所述采用数据遍历的方法求取焊缝表面与焊接组件表面的边 缘线， 包括： 获取组件的特 征线或特 征点； 利用垂直于焊缝纵向坐标轴的平面， 截取所述焊件表面3D形貌， 获取焊件横截面轮廓 线； 由所述焊件横截面轮廓线的一端开始查找， 当所述焊件横截面轮廓线上的某一点Ai(i ＝1,2,3...n)偏离 组件的特征线或特征点的距离达到阈值时， 则认为是点Ai是一边边界上 的点；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114740006 A 2由所述焊件横截面轮廓线的另一端开始查找， 当所述焊件横截面轮廓线上的某一点Bi (i＝1,2,3...n)偏离组件的特征线或特征点的距离达到阈值时， 则认为是点Bi是另一边边 界上的点； 间隔预设间距后， 返回执行利用垂直于焊缝纵向坐标轴的平面截取所述焊件表面3D形 貌以获取焊件横截面轮廓线的步骤， 分别获得两边边界上的系列点集合{A1， A2， A3，…Ai； (i ＝1,2,3. ..n)}和{B1， B2， B3，…Bi； (i＝1,2,3. ..n)}； 通过对{A1， A2， A3，…Ai； (i＝1,2,3...n)}和{B1， B2， B3，…Bi； (i＝1,2,3...n)}分别进行 数据拟合， 获得焊缝表面分别与两侧的焊接组件表面形成的两条边 缘线。 6.根据权利要求1所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 基于所述焊件表面3D形貌识别的焊件表面缺陷， 包括： 咬边或凸起或凹陷或弧坑或焊瘤或 溅渣或表面烧伤。 7.根据权利要求1所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测方法， 其特征在于， 基于所述焊缝截面形貌识别的焊件表面 缺陷， 包括： 成形尺寸 缺陷或者表面形貌缺陷； 基于所述焊缝截面形貌识别成形尺寸 缺陷， 包括： 利用分界点的坐标值和 横截面上的坐标值， 计算焊缝宽度、 焊脚高度、 余高、 凹度， 并将 计算结果分别与标准 值比较， 以确定是否存在成形尺寸 缺陷； 基于所述焊缝截面形貌识别成表面形貌缺陷， 包括： 利用横截面轮廓的分布特征， 判定是否存在咬边或凸起或凹陷或弧坑或焊瘤或溅渣或 表面烧伤或焊缝偏斜。 8.一种基于 3D视觉传感的焊件表面 缺陷在线检测装置， 其特 征在于， 包括： 获取单元， 用于获取需要进行质量检测的焊件表面3D空间坐标数据， 所述焊件表面3D 空间坐标 数据包括焊接组件表面数据以及焊接后形成的焊缝表面数据； 转换单元， 用于以焊缝的纵向方向为一空间坐标系某一坐标轴， 构建焊缝坐标系， 通过 空间坐标变换将所述焊件表面3D空间坐标数据变换为基于所述焊缝坐标系的标准3D空间 坐标数据； 构建单元， 用于基于所述标准3D空间坐标数据， 采用表面插值方法重构焊件表面3D形 貌； 计算单元， 用于根据焊接组件的表面特点， 求取焊缝表面与焊接组件表面之间的分界 线， 基于所述分界线， 将所述焊件表面3D形貌划分成焊缝表面形貌和组件表面形貌； 截取单元， 用于采用垂直于焊缝纵向线的平面截取所述焊缝表面形貌和组件表面形 貌， 获取焊缝截面形貌和组件 截面形貌； 识别单元， 用于基于所述焊件表面3D形貌、 焊缝截面形貌以及组件截面形貌， 识别焊件 表面缺陷。 9.根据权利要求8所述的基于3D视觉传感的焊件表面缺陷在线检测装置， 其特征在于， 所述转换单元包括： 记录模块， 用于记录焊接过程中焊枪 运行的轨 迹； 拟合模块， 用于对轨 迹数据拟合， 获取焊缝纵向方向数据； 构建模块， 用于以纵向方向为空间坐标系一坐标轴， 构建焊缝坐标系， 所述焊缝坐标系 坐标系符合笛卡尔坐标规则， 坐标原点在拟合的轨 迹上；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114740006 A 3