[发明专利]一种光源交替频闪同步摄像方法及视觉检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像的摄取方法及检测系统，特别是关于一种适用于机器人自动化焊接、焊缝跟踪检测、焊后无损检测跟踪及物体表面检测的光源交替频闪同步摄像方法及视觉检测系统。

背景技术

焊接视觉检测技术在焊接自动化与智能化发展中具有重要地位，此技术广泛应用于焊缝自动跟踪（包括焊前自动示教和在线跟踪）、焊接质量实时控制及焊后无损检测等先进制造领域。焊接视觉检测技术通常检测的对象特征包括有坡口三维形貌、焊缝纹理、颜色、反射规律、光影特征、熔池形状及焊缝成形等，获取上述对象特征的图像摄取方法包括有单独采用激光扫描、单线或多线激光结构光源在待测区域形成包含焊缝三维形貌信息的光条，或者单独采用均匀面光源（形状不限）照射待测区域通过提取图像纹理特征或颜色特征实现焊缝的识别。

现有技术对焊缝进行图像摄取的方法主要有：1、采用线结构光（多为激光结构光）照射坡口或焊缝表面，根据拍摄图像中结构光条发生的畸变获取焊缝边缘位置信息，此方法的不足：对于坡口或焊缝三维结构不明显的情况，例如多层多道焊的盖面焊跟踪、焊后磨削焊缝的无损检测自动导引等，结构光无明显的畸变，难以获得准确的边缘位置信息，而焊接工件表面的不平整或杂质也可能造成边缘的误判，无法保证稳定可靠的跟踪。2、采用黑白或彩色摄像机拍摄焊缝表面成形的外观，对焊接过程进行监视，并不能实现形貌测量和基于图像技术的缺陷判定和焊缝成形质量评价。3、采用双摄像机分别摄取投射在焊缝位置的线状激光和焊接熔池，分别进行焊缝跟踪和熔池观察，或者采用双摄像机获取多线结构光图像与自然光或电弧光照明下的图像，此方法的不足：采用双摄像机，增大了传感系统的体积，极大限制了机构在实际生产（特别是机器人焊接应用）中的可达性。4、通过连杆机构将滤光片在焊接开始前推至镜头前、在焊接结束后从镜头前移开，此方法无法在焊接过程中实现待测物体多种特征的同时获取。5、将熔池与凝固焊缝分别采集到图像的不同区域进行处理，此方法不能实现针对同一对象获取不同光学特征。6、拍摄时将照射焊缝区域的激光光源与线激光结构光源同时点亮，获得线激光光条与周围焊缝同时存在的图像，此方法不足：采集图像时焊缝同时被高亮面光源与线结构光源照亮，焊缝灰度信息与结构光条畸变互相干扰，给后续图像处理带来不便。

综上所述，现有技术均无法实现仅采用一个摄像机在焊接过程中对待测物体同一位置的多种光学特征进行同步、实时采集。但是在实际生产中，焊缝情况比较复杂，利用单一特征的视觉检测方法常常不足以实现稳定可靠的焊缝跟踪，更无法满足同时进行跟踪与质量控制的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现对待测物体同一位置的多种光学特征进行同步、实时获取的光源交替频闪同步摄像方法及视觉检测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种光源交替频闪同步摄像方法，包括以下步骤：1）设置包括有摄像机、窄带滤光片、光源、触发信号发生装置、图像采集卡和图像处理模块的视觉检测系统；所述摄像机采用一个，所述光源采用两个以上；2）将所述视觉检测系统放置在一待测物体的上方，调节每一光源与摄像机和待测物体的相对位置；3）所述触发信号发生装置同时发送多路具有相位差的同步方波信号到所述摄像机的快门和各光源触发其分别进行工作；4）在所述同步方波信号的某一触发周期中，各所述光源交替点亮照射所述待测物体，在每一所述光源点亮期间，所述摄像机快门摄取所述光源照射的待测物体的图像，并将其经所述图像采集卡发送到所述图像处理模块；5）在整个同步方波信号的不同触发周期，各所述光源以一定的频率周期交替点亮或熄灭，所述摄像机快门交替摄取所述待测物体的图像，直到完成整个检测过程。

所述摄像机快门的信号触发沿与各所述光源的信号触发沿之间的时间差分别小于各所述光源的单独点亮时间，且同时摄像机快门时间t满足t<=ti，i=1，2…N，其中ti为第i个光源在一个频闪周期中单独点亮状态持续的时间，N为光源数量。

各所述光源k1、k2…kN分别满足小于di，其中，k1、k2…kN分别为各光源在每个频闪周期中同时处于发光状态的时间长度，di为各光源中任意一个光源在每个频闪周期中的点亮时间，其中i=1、2…N。

所述摄像机快门采用的曝光时间为0～20ms。