基于機器視覺的3D智能視覺焊接頭盔

    使用3D視覺頭盔進行焊接可視化

      多年來，焊工在工作過程中使用焊接頭盔保護眼睛，但是傳統(tǒng)的焊接頭盔使用簡單的遮光濾鏡，可見度低，阻礙了生產(chǎn)率的提高及對未來專業(yè)人員的培訓(xùn)優(yōu)化。 非營利研究中心SRI 宣布與 KTI川田集團合作開發(fā)了XDR項目。XDR（Xtreme Dynamic Range ）是一種焊接可視化技術(shù)，該技術(shù)引入了圖像處理功能，可將焊接細節(jié)安全地呈現(xiàn)給焊工。   這項技術(shù)已應(yīng)用于新一代3D焊接智能頭盔，該頭盔使用攝像頭收集數(shù)據(jù)并實時使用。3D焊接智能頭盔的相機部分，選擇的是XIMEA小型USB3工業(yè)相機。 川田集團專業(yè)的焊接經(jīng)驗，SRI解決問題的能力與XIMEA的機器視覺專業(yè)知識相結(jié)合，有助于促進焊接領(lǐng)域的發(fā)展。在日本建筑業(yè)勞動力短缺的情況下，3D焊接智能頭盔的產(chǎn)生，可使焊工節(jié)省完善自己工藝的時間。  

     XDR技術(shù)的目的  

      電弧焊過程產(chǎn)生的紫外線，可見光和紅外光非常明亮，可導(dǎo)致角膜發(fā)炎或視網(wǎng)膜灼傷。 傳統(tǒng)的焊接頭盔鏡片中的濾光片會使這些光的光線變暗，以便焊工直接觀察，但同時也會使場景的其他部分變暗。因此在焊接過程中，焊工必須暫停工作并取下防護板，以便檢查焊接質(zhì)量。這種方法危險性很大，并且降低了工作時效。 

     SRI的視覺系統(tǒng)高級技術(shù)總監(jiān)Mike Piacentino說：“KTI的需求是縮短培訓(xùn)新的焊接技術(shù)人員所需的時間，同時繼續(xù)以有效的方式向新焊工傳授焊接知識。” SRI開發(fā)的實時焊接可視化技術(shù)提供了更高的動態(tài)范圍，使人類和機器人焊工不僅可以看到焊嘴，還可以查看實時焊縫，從而保持質(zhì)量，并告知焊工質(zhì)量低劣或可能不合格的焊縫，這是優(yōu)于常規(guī)焊縫的重要優(yōu)勢，在常規(guī)焊縫中，精密焊縫對于諸如建筑和橋梁工程等基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)完整性和公共安全至關(guān)重要。 

左側(cè)為XDR視圖，右側(cè)為傳統(tǒng)焊接頭盔視圖

      XDR技術(shù)的目的是通過增強焊接現(xiàn)場的可見性（包括焊嘴、焊縫、焊接現(xiàn)場的工作環(huán)境等），使焊工技術(shù)人員數(shù)量增加，同時提高他們的焊接技術(shù)水平。此外，除了增強焊接現(xiàn)場的可見性，XDR技術(shù)使用普通低成本的圖像傳感器通過更精細的控制來實時簡化檢查。

    XDR焊接技術(shù)

      SRI應(yīng)用先進的視覺技術(shù)發(fā)明了XDR焊接可視化技術(shù)，該技術(shù)使用XIMEA小型USB3相機和圖像融合技術(shù)以3D形式顯示合成圖像。 XIMEA小型USB3相機可以獲取具有不同曝光條件的多張圖像，以避免曝光不足或曝光過度，并執(zhí)行實時XDR Fusion。圖像融合技術(shù)通過可穿戴式電池供電的GPU實現(xiàn)的，該GPU將幀合成為動態(tài)范圍為150 dB的3D立體視覺流。

      具有此動態(tài)范圍的圖像以最小延遲在頭盔內(nèi)部的頭戴式顯示器（HMD）上顯示為立體圖像。為了減少動作和畫面之間的脫節(jié)，最大限度地減少操作員的迷失方向，顯示器刷新率設(shè)置為30 fps，圖像延遲在2-3幀以下。 顯示器的功能之一是可以記錄與焊接有關(guān)的各種狀態(tài)參數(shù)，例如電壓，溫度，電流等。  從長遠來看，可簡化有用信息的收集和檢查，確保高質(zhì)量的焊接，并加快學(xué)習(xí)過程。 

XIMEA的USB3工業(yè)相機：xiC系列的MC031型號 

      該頭盔采用XIMEA的工業(yè)相機，這些相機具有 Sony CMOS Pregius??傳感器和低分辨率，輻射式長波紅外成像儀。傳統(tǒng)的商用相機通常不適合滿足此類應(yīng)用程序的苛刻要求，否則在長時間運行時可能會發(fā)生故障。 

      XIMEA專業(yè)從事緊湊型高性能相機，嵌入式和多相機系統(tǒng)的開發(fā)，是創(chuàng)新項目的理想選擇。XDR從XIMEA產(chǎn)品組合中選擇的型號是 xiC 相機系列的MC031，其3.1 Mpix的圖像速率為122 fps，功耗低，尺寸小，重量輕。 

焊工在3D焊接頭盔中操作

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