[发明专利]一种基于线结构光的铝合金焊缝表面质量检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于线结构光的铝合金焊缝表面质量检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1传感器标定； 步骤2图像预处理； 图像预处理的具体步骤如下：首先进行灰度化处理，将三通道图像转换为单通道图像；然后采用滤波核为5X5的均值滤波进行降噪处理；最后采用基于投影的ROI提取算法筛选感兴趣区域； 所述基于投影的ROI提取算法包括以下步骤： 步骤21逐行扫描图像，查找行内灰度值大于200的像素数最多的纵坐标； 步骤22以步骤21得到的纵坐标为基准线，逐行搜索两边行内灰度值大于50的像素数为0的纵坐标作为ROI区域的上边界和下边界； 步骤23根据步骤22初步确定的ROI区域分别从图像的左右边界向内逐列扫描，搜索列内灰度值大于200的像素数大于0的横坐标作为ROI区域的左边界和右边界，从而确定ROI区域； 步骤24设定间隔帧率，固定更新ROI框位置； 步骤3中心线提取； 步骤4数据处理； 步骤5特征点提取； 步骤6特征参数计算。

2.如权利要求1所述的基于线结构光的铝合金焊缝表面质量检测方法，其特征在于，所述方法中步骤1具体包括：

传感器标定包括相机标定和光平面标定；

相机标定的具体操作如下：首先准备标定图片，将标定板置于不同位姿且保持标定板占据相机视场2/3左右采集20张标定图片；利用OpenCV自带的角点检测函数进行标定，得到相机的内参和外参系数；

光平面标定的具体步骤如下：首先拍摄5组激光器分别处于开闭状态时的标定图片；将两图片相减得到只包含激光条纹的图像，通过图像处理算法得到图像坐标系下的平面直线方程，然后将平面直线方程转换到相机坐标系下的空间直线方程；重复上述操作，提取这5组标定图片对应的标靶上的光条直线在相机坐标系下的三维坐标，拟合出线结构光平面在相机坐标系下的平面方程，如公式一所示，通过相机标定以及光平面标定获得像素坐标系与相机坐标系的映射关系：

式中：(x_c，y_c，z_c)为换算到相机坐标系下的坐标；A_c，B_c，C_c，D_c为标定的线结构光平面在相机坐标系下的方程系数；(u₀，v₀)为以mm为单位的图像坐标系下的坐标原点；(u，v)为图像坐标系下的中心线坐标；α_x，α_y为尺度因子。

3.如权利要求2所述的基于线结构光的铝合金焊缝表面质量检测方法，其特征在于，所述方法中步骤3具体包括：

使用加权灰度重心法提取具有亚像素精度的激光条纹中心线，一列的加权灰度重心法的公式如公式二所示：

式中：y表示激光条纹图像中该列的条纹中心的纵坐标；y_i表示该列的纵坐标；p_i表示该列纵坐标为y_i的灰度值；n表示该列所具有的像素点数量；

将中心线提取获得的坐标信息存储在顺序存储容器vector内，容器的数据类型为Point2d，中心线坐标信息的横坐标存储在数据元素的x内，纵坐标存储在数据元素的y内，x与数据元素的下标一致。

4.如权利要求3所述的基于线结构光的铝合金焊缝表面质量检测方法，其特征在于，所述方法中步骤4具体包括：

采用拉格朗日插值算法修复断线，其算法结构整齐紧凑，能利用给定的多个坐标信息建立合适的插值函数，近似替代未知点，拉格朗日插值公式如公式三所示：

式中：x表示待插值点的横坐标；n表示插值节点的个数；x_i表示插值节点的横坐标；y_i表示横坐标为x_i所对应的纵坐标；L(x)表示待插值点计算所得的纵坐标；

采用五点线性平滑算法去除数据抖动，五点线性平滑计算公式如公式四所示：

式中：y_i表示存储中心线坐标信息的vector容器内下标为i对应的值。