基于機器視覺(jué)的3D智能視覺(jué)焊接頭盔

    使用3D視覺(jué)頭盔進(jìn)行焊接可視化

      多年來(lái)，焊工在工作過(guò)程中使用焊接頭盔保護眼睛，但是傳統的焊接頭盔使用簡(jiǎn)單的遮光濾鏡，可見(jiàn)度低，阻礙了生產(chǎn)率的提高及對未來(lái)專(zhuān)業(yè)人員的培訓優(yōu)化。 非營(yíng)利研究中心SRI 宣布與 KTI川田集團合作開(kāi)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，可將焊接細節安全地呈現給焊工。   這項技術(shù)已應用于新一代3D焊接智能頭盔，該頭盔使用攝像頭收集數據并實(shí)時(shí)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(zhuān)業(yè)的焊接經(jīng)驗，SRI解決問(wèn)題的能力與XIMEA的機器視覺(jué)專(zhuān)業(yè)知識相結合，有助于促進(jìn)焊接領(lǐng)域的發(fā)展。在日本建筑業(yè)勞動(dòng)力短缺的情況下，3D焊接智能頭盔的產(chǎn)生，可使焊工節省完善自己工藝的時(shí)間。  

     XDR技術(shù)的目的  

      電弧焊過(guò)程產(chǎn)生的紫外線(xiàn)，可見(jiàn)光和紅外光非常明亮，可導致角膜發(fā)炎或視網(wǎng)膜灼傷。 傳統的焊接頭盔鏡片中的濾光片會(huì )使這些光的光線(xiàn)變暗，以便焊工直接觀(guān)察，但同時(shí)也會(huì )使場(chǎng)景的其他部分變暗。因此在焊接過(guò)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(shí)效。 

     SRI的視覺(jué)系統高級技術(shù)總監Mike Piacentino說(shuō)：“KTI的需求是縮短培訓新的焊接技術(shù)人員所需的時(shí)間，同時(shí)繼續以有效的方式向新焊工傳授焊接知識?！?SRI開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)焊接可視化技術(shù)提供了更高的動(dòng)態(tài)范圍，使人類(lèi)和機器人焊工不僅可以看到焊嘴，還可以查看實(shí)時(shí)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)于常規焊縫的重要優(yōu)勢，在常規焊縫中，精密焊縫對于諸如建筑和橋梁工程等基礎設施的結構完整性和公共安全至關(guān)重要。 

左側為XDR視圖，右側為傳統焊接頭盔視圖

      XDR技術(shù)的目的是通過(guò)增強焊接現場(chǎng)的可見(jiàn)性（包括焊嘴、焊縫、焊接現場(chǎng)的工作環(huán)境等），使焊工技術(shù)人員數量增加，同時(shí)提高他們的焊接技術(shù)水平。此外，除了增強焊接現場(chǎng)的可見(jiàn)性，XDR技術(shù)使用普通低成本的圖像傳感器通過(guò)更精細的控制來(lái)實(shí)時(shí)簡(jiǎn)化檢查。

    XDR焊接技術(shù)

      SRI應用先進(jìn)的視覺(jué)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(guò)度，并執行實(shí)時(shí)XDR Fusion。圖像融合技術(shù)通過(guò)可穿戴式電池供電的GPU實(shí)現的，該GPU將幀合成為動(dòng)態(tài)范圍為150 dB的3D立體視覺(jué)流。

      具有此動(dòng)態(tài)范圍的圖像以最小延遲在頭盔內部的頭戴式顯示器（HMD）上顯示為立體圖像。為了減少動(dòng)作和畫(huà)面之間的脫節，最大限度地減少操作員的迷失方向，顯示器刷新率設置為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，例如電壓，溫度，電流等。  從長(cháng)遠來(lái)看，可簡(jiǎn)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)習過(guò)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(cháng)波紅外成像儀。傳統的商用相機通常不適合滿(mǎn)足此類(lèi)應用程序的苛刻要求，否則在長(cháng)時(shí)間運行時(shí)可能會(huì )發(fā)生故障。 

      XIMEA專(zhuān)業(yè)從事緊湊型高性能相機，嵌入式和多相機系統的開(kāi)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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