使用3D视觉头盔进行焊接可视化

      多年来，焊工在工作过程中使用焊接头盔保护眼睛，但是传统的焊接头盔使用简单的遮光滤镜，可见度低，阻碍了生产率的提高及对未来专业人员的培训优化。 非营利研究中心SRI 宣布与 KTI川田集团合作开发了XDR项目。XDR（Xtreme Dynamic Range ）是一种焊接可视化技术，该技术引入了图像处理功能，可将焊接细节安全地呈现给焊工。   这项技术已应用于新一代3D焊接智能头盔，该头盔使用摄像头收集数据并实时使用。3D焊接智能头盔的相机部分，选择的是XIMEA小型USB3工业相机。 川田集团专业的焊接经验，SRI解决问题的能力与XIMEA的机器视觉专业知识相结合，有助于促进焊接领域的发展。在日本建筑业劳动力短缺的情况下，3D焊接智能头盔的产生，可使焊工节省完善自己工艺的时间。  

     XDR技术的目的  

      电弧焊过程产生的紫外线，可见光和红外光非常明亮，可导致角膜发炎或视网膜灼伤。 传统的焊接头盔镜片中的滤光片会使这些光的光线变暗，以便焊工直接观察，但同时也会使场景的其他部分变暗。因此在焊接过程中，焊工必须暂停工作并取下防护板，以便检查焊接质量。这种方法危险性很大，并且降低了工作时效。 

     SRI的视觉系统高级技术总监Mike Piacentino说：“KTI的需求是缩短培训新的焊接技术人员所需的时间，同时继续以有效的方式向新焊工传授焊接知识。” SRI开发的实时焊接可视化技术提供了更高的动态范围，使人类和机器人焊工不仅可以看到焊嘴，还可以查看实时焊缝，从而保持质量，并告知焊工质量低劣或可能不合格的焊缝，这是优于常规焊缝的重要优势，在常规焊缝中，精密焊缝对于诸如建筑和桥梁工程等基础设施的结构完整性和公共安全至关重要。 

左侧为XDR视图，右侧为传统焊接头盔视图

      XDR技术的目的是通过增强焊接现场的可见性（包括焊嘴、焊缝、焊接现场的工作环境等），使焊工技术人员数量增加，同时提高他们的焊接技术水平。此外，除了增强焊接现场的可见性，XDR技术使用普通低成本的图像传感器通过更精细的控制来实时简化检查。

    XDR焊接技术

      SRI应用先进的视觉技术发明了XDR焊接可视化技术，该技术使用XIMEA小型USB3相机和图像融合技术以3D形式显示合成图像。 XIMEA小型USB3相机可以获取具有不同曝光条件的多张图像，以避免曝光不足或曝光过度，并执行实时XDR Fusion。图像融合技术通过可穿戴式电池供电的GPU实现的，该GPU将帧合成为动态范围为150 dB的3D立体视觉流。

      具有此动态范围的图像以最小延迟在头盔内部的头戴式显示器（HMD）上显示为立体图像。为了减少动作和画面之间的脱节，最大限度地减少操作员的迷失方向，显示器刷新率设置为30 fps，图像延迟在2-3帧以下。 显示器的功能之一是可以记录与焊接有关的各种状态参数，例如电压，温度，电流等。  从长远来看，可简化有用信息的收集和检查，确保高质量的焊接，并加快学习过程。 

XIMEA的USB3工业相机：xiC系列的MC031型号 

      该头盔采用XIMEA的工业相机，这些相机具有 Sony CMOS Pregius™ 传感器和低分辨率，辐射式长波红外成像仪。传统的商用相机通常不适合满足此类应用程序的苛刻要求，否则在长时间运行时可能会发生故障。 

      XIMEA专业从事紧凑型高性能相机，嵌入式和多相机系统的开发，是创新项目的理想选择。XDR从XIMEA产品组合中选择的型号是 xiC 相机系列的MC031，其3.1 Mpix的图像速率为122 fps，功耗低，尺寸小，重量轻。 

焊工在3D焊接头盔中操作

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