建筑業是我國國民經濟的支柱產業，并朝著智能化、信息化方向快速發展。采用焊接方式連接的鋼筋材料廣泛應用在道路、建筑、橋梁、汽車制造、航空航天等領域，其焊縫質量決定著鋼結構框架性能，直接影響著工程的安全性和穩定性。典型的城市軌道交通、跨海跨山隧道等工程的地下連續墻鋼筋籠采用拼裝式結構，主要由上面層網片、鋼筋桁架、下面層網片和其它零星附件通過焊接的方式拼接成形，其焊接質量(如鋼筋數量、長度、焊縫缺陷、焊縫尺寸等參數)直接關系到地下連續墻使用壽命、承重能力，必須通過質檢技術保證鋼筋工程焊縫質量合格。

　　鋼筋工程焊縫質量檢測主要研究方向是檢測氣泡、飛濺、焊渣、漏焊、凹陷、焊穿、咬邊、裂紋、弧抗等缺陷是否存在，以及焊縫長度、焊高、焊寬、焊角、焊點位置、焊點數量等信息是否符合設計要求。傳統采用人工目視觀測和手持檢測儀測量(例如：量尺和放大鏡等)的方式，依靠肉眼和工作經驗來判斷產品質量是否合格，這種檢測方式操作簡單、靈活性強，但是檢測結果受人工操作和專業水平影響，具有太多主觀因素，使檢測結果缺乏一定的客觀化、標準化和規范化。同時，人工的檢測效率低，在焊接檢測過程中，現場的強光和輻射對人工產生有害影響。

　　綜上所述，目前我國建筑工程領域迫切需要科學、有效的鋼筋工程自動化質檢技術，其技術優勢應包括：①檢測效率高，高效的焊縫質檢技術才能在我國龐大的工程如道路、橋梁、公路、隧道、航空、航天、電力、石油、化工等領域推廣使用，以提高檢測速度;②檢測結果直觀，直觀地呈現出焊縫缺陷的類別信息、位置信息、尺寸信息等，將為焊接參數優化、設備維修等提供支持。基于此，本文綜述自動化無損檢測技術在鋼筋工程焊縫質量檢測領域的應用，重點闡述了渦流檢測技術、超聲檢測技術、滲透檢測技術、射線檢測技術、磁粉檢測技術、三維重建檢測技術在焊縫檢測領域的研究進展，展望了焊縫質量檢測技術未來研究方向和研究重點。

　　1 焊縫質量檢測技術

　　在建筑、能源、航空、電力等行業中，利用焊縫質量檢測技術檢測焊縫是否存在缺陷以及焊縫尺寸形態是否符合設計要求是保證產品的質量和安全性的重要技術手段。焊縫質量檢測技術種類繁多，各有優缺點，應根據焊接結構的材料、形狀、尺寸以及檢測要求、檢測工況等條件，選擇合適的焊縫質量檢測技術。

　　1.1 渦流檢測技術

　　渦流檢測技術采用電磁感應原理，將通電線圈靠近焊縫表面，使焊縫產生渦流磁場，焊縫表面或亞表面存在的缺陷使渦流磁場發生變化，引起通電線圈磁場發生變化，通過測量感應線圈阻抗變化推演焊縫表面或亞表面磁場變化即可實現焊縫缺陷檢測。渦流檢測技術作為重要的無損檢測技術，靈敏度高、耐高溫、效率高，特別適用導電材料表面及亞表面缺陷檢測，但是難以勝任焊縫深部的缺陷檢測，同時檢測線圈的設計、導電率以及被檢工件材料特性都會影響檢測精度。為解決上述問題，眾多學者展開了研究，結合先進的微電子數字處理技術、探頭設計及多頻渦流檢測技術，已經將渦流檢測技術的精度提高到了 0.1mm。

　　岳明明等研制了渦流陣列缺陷檢測裝置，實現了單個傳感器探頭步進掃描的效果，通過 COMSOL 有限元軟件仿真驗證了系統可以實現缺陷大面積快速掃查，極大地提高了檢測效率，但是設備受趨膚效應影響，檢測靈敏性隨缺陷深度增加而減小。

　　BERKACHE A 等以奧氏體不銹鋼管(AISI 304)管道焊縫裂紋缺陷為例，研究了渦流檢測結果與裂紋缺陷深度的關系，研究認為渦流信號阻抗變化與焊縫裂紋缺陷深度呈正相關關系，但研究過程通過人工構造的焊縫缺陷形態并不能真實反映焊接過程中缺陷最終形態，導致檢測結果缺乏代表性。GAO P 等回顧了渦流探頭改進、多頻渦流技術、信號處理和計算反演技術，并指出多頻渦流檢測技術可以消除表面紋理噪聲影響，適用微小缺陷檢測。NOGUCHI Y 等研究了聚變設施管道焊縫缺陷渦流檢測技術，通過優化探頭設計(頻率和線圈尺寸)，適應氣孔、裂紋等不同特征的缺陷檢測，但依然無法解決微小孔狀缺陷檢測問題。夏浩研究了檢測線圈阻抗與檢測線圈到待測焊縫垂直距離之間的變化關系，設計了面向 20# 鋼表面裂紋缺陷基于裂紋電壓信號相位旋轉和幅值特性曲面擬合的提離補償算法，提高了檢測靈敏度和準確度，但是，關于裂紋缺陷檢測提離補償算法推廣性不足，難以適用圓孔、腐蝕等缺陷，且整個研究過程忽略了相對磁導率對渦流信號的影響。ZHU Jianhua 等研制了基于 3D 激光線掃描相機和渦流檢測系統的實時焊縫檢測裝置，實現了焊縫內部外部缺陷同時檢測，但并未考慮焊縫移動掃描帶來的圖像畸變矯正問題。

　　綜上所述，渦流檢測技術采用非接觸式檢測方式，無需耦合劑，極大提高了單次檢測速度和靈活性。但是檢測過程受被測物表面形狀、電導率、磁導率等影響較大，缺陷定位精度不高，檢測區域局限，以渦流磁場附近圓環區域為主，需要逐步移動渦流探頭才能完成整個焊縫缺陷檢測。另外，檢測結果以回波形狀展示，不能直接反映出焊縫缺陷類別和位置信息。

　　1.2 超聲檢測技術

　　超聲檢測技術基于超聲波在金屬材料中的傳播特性，通過分析反射波來檢測焊縫中的缺陷位置和大小。這項技術的突出優點在于其穿透力強和靈敏度高，特別適用于厚壁管道焊縫的亞表面缺陷檢測。然而，傳統的超聲檢測方法在顯示結果時，通常以橫坐標表示傳播時間或距離，縱坐標表示反射波幅值，這種呈現方式不夠直觀，檢測結果容易受到檢測人員主觀經驗的影響，難以在焊縫缺陷的定性、定量分析以及分類和精確定位中取得理想效果。超聲檢測的精度可以達到 ±1%，對于特定的應用場景，如超聲波測厚儀，其精度和分辨率與測量的厚度范圍有關。例如，對于分辨率 0.1mm 的超聲波測厚儀，其精度在測量范圍下限至 10mm 以下時為 ±0.1mm，在 10mm 至測量范圍上限時為 ±(0.1 + H/100) mm，其中 H 為標準厚度塊的標稱值。

　　近年來，隨著技術的不斷進步，超聲檢測技術逐漸向高精度和自動化方向發展。例如，ZHANG S 等提出基于相控陣超聲檢測技術的輕量級 U - net 架構，通過引入跳躍連接和殘余塊，實現了船舶焊接缺陷的精確定位。然而，該方法在實際應用中容易受到焊縫結構回波的干擾，且缺乏工業現場的驗證，推廣性有限。

　　北京理工大學周世圓等開展了基于超聲相控陣的焊縫熔深高精度檢測研究，提出水浸式相對時間到達技術檢測方法，克服噴注器檢測面尺寸小且存在凹槽難以檢測的問題，檢測精度達亞毫米。

　　張侃在研究核電站主管道焊縫檢測時，同樣面臨結構回波的干擾問題，特別是由復雜取向和彈性各向異性大尺寸晶粒引發的噪聲。這些因素對超聲波的傳播產生了顯著影響，增加了檢測的復雜性。為了應對這一挑戰，張侃采用了斜入射 SAFT 技術，在一定程度上減弱了結構回波導致的噪聲干擾，提高了檢測質量。然而，盡管該方案在噪聲抑制方面取得了進展，但仍然難以滿足復雜曲面的檢測需求，尤其是在準確獲取焊縫三維形貌特征方面存在明顯的局限性。

　　為了準確獲取焊縫的三維形貌，HOU H 等提出了一種基于多線聚焦超聲探頭的方案，專門用于識別薄壁小直徑不銹鋼管道中的焊縫缺陷。該方案成功地重建了焊縫根部、內部和表面的三維形態，從而實現了對缺陷的精確檢測。然而，探頭位置對檢測靈敏度的影響較大，加之安裝過程復雜，導致該方案在實際應用中的適應性和靈活性較差，限制了其在工業現場的廣泛推廣。

　　張佳瑩等提出了一種基于幅度加權頻率調制的相位編碼激勵方法，通過提高時間分辨率，減少了調頻帶寬對檢測結果的影響，并有效降低了對復雜安裝過程的依賴。趙俐鴻則結合縱波和 Lamb 波的優勢，開發了用于板間缺陷和薄板內部缺陷的檢測方法，同樣在減少對探頭精確定位要求和簡化系統安裝方面取得了進展。然而，這兩種方法盡管簡化了安裝過程，卻未能完全消除回波噪聲的干擾，導致檢測結果的準確性受到影響。這表明，降低安裝復雜性與有效消除回波噪聲干擾難以同時實現。

　　最后，魯冬遠通過超聲探傷儀采集 T 型管焊縫中氣孔、夾渣、未焊透和未熔合 4 種缺陷的超聲回波信號，并利用神經網絡進行學習和測試，首次驗證了人工智能在焊縫超聲探傷檢測中的可行性。然而，由于數據集規模有限，該方法在廣泛推廣上面臨挑戰。

　　綜上所述，超聲檢測技術憑借其強穿透力和高靈敏度，在焊縫缺陷檢測中占據了重要位置，尤其在厚壁管道的亞表面缺陷檢測方面表現突出。然而，傳統超聲檢測方法在呈現和分析結果時，容易受到檢測人員主觀判斷的影響，難以滿足高精度和定量分析的需求。近年來，技術的不斷進步推動了超聲檢測向自動化和高精度方向發展。例如，基于相控陣的超聲檢測技術和多線聚焦超聲探頭的應用，顯著提高了缺陷定位的準確性。然而，這些新方法在實際應用中仍面臨諸多挑戰，如結構回波干擾、探頭位置敏感性以及工業現場應用的局限性。同時，盡管相位編碼激勵方法和 Lamb 波檢測技術在簡化系統安裝和提高檢測效率方面取得了進展，但仍難以徹底解決回波噪聲的干擾。此外，人工智能技術在焊縫超聲探傷檢測中的初步應用顯示出巨大的潛力，但由于數據集規模有限，其推廣應用仍面臨挑戰。未來，超聲檢測技術的發展應繼續聚焦于提高自動化檢測的精度和效率，優化探頭設計，并減少噪聲干擾，以滿足復雜工業環境中的需求，從而進一步提升其應用廣度和深度。

　　1.3 滲透檢測技術

　　滲透檢測是一種基于毛細管作用原理的無損檢測方法，廣泛應用于多種材料的表面缺陷檢測。其原理是通過在構件表面施加強滲透性液體，使液體滲入表面存在的缺陷中。隨后，通過去除多余的滲透液并施加顯像劑，使殘留在缺陷中的滲透液顯現出來，從而能夠分析出缺陷的分布與形貌。根據國標，滲透檢測的標準流程包括預清洗、施加滲透劑、清除多余滲透劑、施加顯像劑、觀察評定、復驗、后處理、驗收標準以及檢驗報告等步驟。該技術的適應性較強，能夠檢測金屬、非金屬、磁性與非磁性材料的表面缺陷，特別適用于非標準件和小尺寸零件。滲透檢測的精度是一個綜合性的結果，受到多種因素的影響。通過遵循適當的標準和操作規范，以及使用合格的滲透檢測劑和工具，可以最大程度地提高滲透檢測的精度，從而確保檢測結果的準確性和可靠性。但在大規模工業環境中的推廣受限。

　　針對這一局限，蘇樹鈿研究了滲透液的靈敏度和滲透速度對狹窄裂縫滲透效果的影響，提出了一種提高檢測效率的滲透探傷劑。此研究為快速滲透探傷劑的開發提供了理論支持，簡化了檢測操作，具有較廣泛的適應性。然而，其關鍵工藝參數仍需通過大量實驗確定，且存在一定的不確定性。為提升檢測的可靠性，LOBANOVA I 等探討了滲透液濕潤度對粗糙表面檢測效果的影響，提出了液體擴散模型，并結合實驗進行驗證。此研究改善了液體在粗糙表面的擴展行為，從而提升了檢測的可靠性。然而，若表面粗糙度過高，滲透劑難以徹底清除，檢測結果的準確性仍會受到影響。

　　面對傳統滲透檢測技術在復雜工況下應用的瓶頸，基于細菌的滲透檢測技術逐漸興起。KUTMAN M K 等和 SANTOS T G 等分別利用大腸桿菌和紅球菌細胞合成了新型細菌熒光滲透劑，簡化了檢測流程，并為滲透檢測提供了新的研究方向。這種方法以環保的細菌懸浮液作為熒光滲透劑，不僅降低了檢測成本，還展現出檢測微米級表面缺陷的潛力。然而，盡管這一技術在初步研究中表現出色，其檢測靈敏度與可靠性尚需進一步提升，工業化應用還面臨挑戰。

　　綜上所述，滲透檢測技術基于毛細管作用，是識別多種材料表面缺陷的有效方法。其操作流程包括滲透劑的施加、顯像劑的應用以及缺陷的觀察評定，適用于金屬、非金屬、磁性與非磁性材料，尤其在檢測非標準件和小尺寸零件時表現出較高的適應性。然而，傳統滲透檢測方法因操作復雜、效率較低，限制了其在大規模工業環境中的應用。近年來，為克服這些局限性，研究者們探索了提高滲透液靈敏度和滲透速度的技術，改善了液體在粗糙表面上的擴展行為，提升了檢測效率與可靠性。此外，基于細菌的熒光滲透檢測技術作為一種新興的環保方法，展現出檢測微米級表面缺陷的潛力，簡化了檢測流程。然而，這種方法在靈敏度、可靠性以及工業化應用方面仍需進一步研究和優化。總體而言，滲透檢測技術在傳統基礎上不斷創新，未來的發展方向應著眼于提高檢測效率、簡化操作流程，并增強其在復雜工況下的適應性與可靠性。

　　1.4 射線檢測技術

　　射線檢測技術是一種基于射線穿透材料并記錄射線強度變化的無損檢測方法，廣泛應用于焊縫、鑄件等工業產品的內部缺陷檢測。其原理是通過射線源發射 X 射線或 r 射線穿透工件，當射線遇到密度差異或內部缺陷時，會產生不同程度的衰減。感光元件(如 CCD 工業相機或數字探測器陣列)捕捉這些衰減后的射線信號，并通過二維或三維重建生成工件內部結構圖像，從而檢測出內部缺陷。在工業領域，射線檢測的精度受檢測設備精度、操作人員的技能、被檢測物體特性等影響。例如，工業 CT(計算機斷層掃描)設備的密度分辨率可以達到 0.5%，尺寸測量精度為 0.05mm。在更高精度的檢測中，如芯片和半導體領域的檢測，精度可以達到 2µm 甚至更低。這表明射線檢測能夠適用細微缺陷檢測。傳統射線檢測方法具有設備成本低、圖像采集速度快等優勢，但由于射線圖像中往往存在噪聲干擾及亮度對比度不足等問題，導致焊縫特征模糊，因此檢測結果高度依賴檢測人員的經驗與主觀判斷，檢測效率和準確性較低。此外，射線檢測還涉及復雜的輻射防護措施，需要專業人員進行操作和管理，這些因素限制了其在大規模工業應用中的推廣。

　　為應對傳統射線檢測方法的局限，近年來的研究重點逐漸轉向了射線圖像缺陷的自動檢測，特別是在缺陷分割和識別方面。射線圖像的自動化處理有助于減少人為因素對檢測結果的影響，提升檢測效率和精度。

　　李曄等針對焊接接頭 X 射線圖像因光照不均、對比度低、缺陷邊緣模糊等原因造成缺陷識別困難的問題，引入平均滑動直方圖實現更好的圖形數據模型密度函數估計，極大提高了缺陷邊緣檢測性能和分割效果，實現了焊接接頭常見缺陷中氣孔、夾渣、未熔合和未焊透缺陷的準確分割。

　　張明星提出了一種基于尺度乘積的 X 射線圖像分割及稀疏自編碼分類網絡方法。該方法能夠在一定程度上自動分割焊縫區域，并進行缺陷檢測，顯著提升了檢測過程的自動化水平。然而，由于該方法在開發階段中僅使用了較少的樣本進行訓練，且算法的運行速度較慢，使其在工業領域的應用受到限制。此外，稀疏自編碼網絡在處理復雜焊縫圖像時，可能無法充分捕捉到多樣的缺陷特征，進一步影響了檢測的全面性。

　　為了應對運行速度問題，遲大釗等針對不等厚鋼板搭接焊縫的 X 射線檢測，提出了基于不變矩的圖像校正方法。該方法結合了圖像噪聲抑制、背景去除及形態學處理等成熟的圖像處理算法，顯著提高了氣孔類缺陷的檢測速度和精度。然而，盡管該方法在處理氣孔類缺陷方面表現出色，但對其他類型的缺陷(如缺焊、夾渣等)的檢測效果較差，難以滿足多樣化的工業檢測需求。

　　針對不同類型焊接缺陷的檢測需求，石端虎等提出了一種缺陷對準、分割和位置提取算法，并結合 225kV 微焦點 X 射線對 T 型接頭焊件進行了檢測。該算法通過精確對準和分割焊縫中的缺陷，實現了批量缺陷的空間位置可視化，展示出較高的檢測可靠性和精度。然而，這種方法的應用范圍相對狹窄，僅適用于 T 型接頭焊件的檢測，對于其他形狀或結構的焊件效果有限，限制了其在不同工業場景中的廣泛應用。

　　為解決上述方法的局限性，GHANDOURAH E E 等通過使用數字探測器陣列投影射線，并結合共面平移層析成像技術(CTL)，為鋼板焊縫提供了全面的三維缺陷評估。CTL 技術能夠生成高分辨率的三維圖像，準確識別多種焊接缺陷，如裂紋、氣孔、夾雜物等。這種方法不僅提高了檢測精度，還為焊縫缺陷的立體評估提供了新的可能性。然而，由于射線成像過程中不可避免的散射效應以及測量不確定性，可能會導致對缺陷物理外形的精確評估受到影響。因此，盡管 CTL 技術在理論和實驗研究中展現出顯著優勢，其在實際工業應用中仍需進一步優化，特別是在降低測量不確定性方面。

　　綜上所述，射線檢測技術利用射線穿透材料并記錄其衰減特性，是一種常用于焊縫和鑄件內部缺陷檢測的無損檢測方法。盡管傳統射線檢測方法因設備成本低、圖像采集速度快而被廣泛應用，但其檢測結果易受噪聲干擾和亮度對比度不足的影響，導致焊縫特征模糊，檢測效率和準確性依賴于操作人員的經驗。為了克服這些局限性，近年來的研究主要集中在射線圖像的自動化處理，特別是在缺陷分割和識別方面。這些新興方法通過提高檢測自動化水平，減少了人為因素對檢測結果的影響，并提升了檢測精度。然而，盡管一些先進的圖像處理算法和三維成像技術在提高缺陷檢測的可靠性和精度方面取得了進展，但仍然存在測量不確定性和適用性局限等問題，需要進一步優化以滿足多樣化的工業檢測需求。

　　1.5 磁粉檢測技術

　　磁粉檢測技術起源于 1922 年霍克的發現，即在磁化工件表面撒上鐵屑后，鐵屑會在工件表面的缺陷位置聚集成特定形狀。這一物理現象標志著磁粉探傷技術的誕生。1930 年，瓦茨首次成功應用磁粉檢測技術檢測焊縫，推動了該技術的發展。磁粉檢測的研究領域主要包括磁化技術、磁粉材料及裂紋識別技術。早期的磁化技術主要通過單一方向的磁化進行檢測，后期則發展為多向復合磁化，尤其在 80 年代引入計算機技術后，使得對復雜工件的檢測更加高效。90 年代，旋轉磁場的應用進一步提高了檢測速度和工件保護水平。磁粉材料的研究也取得了顯著進展，目前主要采用熒光磁粉，廣泛應用于鍋爐管道、汽車零部件等的檢測。盡管半自動熒光磁粉探傷機已普遍使用，但裂紋識別仍主要依賴人工判斷，容易出現漏檢和誤判。另外，磁粉檢測技術的檢測精度取決于磁粉粒度和顏色、磁場的強度和穩定性，以及操作人員的技能水平，檢測結果不一致性很大。近年來，國內外在磁粉檢測自動化和智能化方面的研究取得了進展，特別是在裂紋圖像智能識別和機器學習算法的應用上取得了初步成果。

　　李遠江結合半自動熒光磁粉探傷機的工作過程，提出了一種基于光線波長到 RGB 映射關系的圖像預處理和分割算法，并針對裂紋檢測開發了基于支持向量機后驗概率輸出的分類映射方法，實現了裂紋圖像的智能分類。該方法有效降低了漏檢率和虛警率，但在處理模糊區域時分類精度有所下降，限制了其在復雜環境中的實際應用。楊志軍等通過搭建焊縫磁痕圖像采集系統，提出了基于 Richardson-Lucy 迭代的非線性復原算法和基于 OSTU 自適應閾值的裂紋缺陷提取算法，優化了模糊區域的識別。然而，該算法對環境和參數的依賴性較強，在磁痕圖像信號微弱或噪聲過多的情況下，檢測效果不佳，誤差較大。針對這一問題，陳亮采用了灰度化、直方圖均衡化和濾波等圖像處理方法，顯著提高了微弱信號或噪聲環境下的缺陷識別率，但仍未能完全消除算法對環境參數的依賴。

　　盡管當前自動化磁粉檢測技術仍面臨一些挑戰，其在工業應用中的優勢已得到了廣泛的認可，出現了諸多嘗試與探索。ZHANG X 等設計了一種應用于船舶制造領域的輪式壁面爬行磁粉檢測機器人。該機器人能夠在具有曲率的壁面上靈活且穩定地移動，并通過攜帶的熒光劑噴灑瓶，將熒光磁粉均勻地噴灑在待測壁面上，隨后清晰顯示出標準樣件中大于 30µm 的缺陷的形狀和深度。進而通過標準檢測流程，實現了焊縫的自動化檢測。這一設計不僅在檢測精度上達到了較高水準，還在復雜曲面條件下展現了出色的移動穩定性，為未來自動化磁粉檢測設備的優化提供了新的思路。

　　綜上所述，磁粉檢測技術從單一方向磁化逐步發展到多向復合磁化，并在磁粉材料和裂紋識別技術方面取得了顯著進步。計算機技術的引入以及旋轉磁場的應用極大地提升了檢測效率和工件保護水平。目前，半自動熒光磁粉探傷機已被廣泛應用，但裂紋識別仍主要依賴人工判斷。近年來，隨著圖像智能識別算法的日益成熟，全自動裂紋識別算法初具雛形。盡管現有算法在復雜環境或模糊區域的分類精度仍需提高，但新技術的應用正不斷拓展其應用前景。例如，應用于船舶制造的壁面爬行磁粉檢測機器人，不僅實現了焊縫的自動化檢測，還展現出高精度和在復雜曲面條件下的出色穩定性。未來，隨著技術的進一步優化和創新，磁粉檢測自動化設備有望逐步克服現有挑戰，為工業應用提供更高效、更可靠的解決方案。

　　1.6 三維重建檢測技術

　　傳統無損檢測技術需要借助人工操作施加電流、滲透液、射線、磁粉等介質將焊縫缺陷特征顯示到二維空間進行缺陷識別與分類。在涉及需要借助焊縫尺寸特征來實現焊縫表面質量檢測的場景時，傳統無損檢測將不再適用。近年來視覺測量和激光測量技術實現了快速發展，誕生了基于結構光三角測量原理的線 / 面激光傳感器和基于時間飛行法原理的 3D TOF 激光傳感器等，大大推動了物體表面三維重建技術發展。三維重建技術能夠重建焊縫表面三維點云，在三維空間內進行焊縫點云提取、尺寸計算、焊縫形態分布計算等，豐富了焊縫表面質量檢測維度和技術方式。根據不同的重建技術，檢測精度能達到微米級和毫米級，在精密設備缺陷檢測中廣泛應用。例如，采用雙目結構光的設備精度能做到 0.02mm。傳統基于三維點云的焊縫提取主要從點云幾何紋理特征出發設計數學模型，只能在特定場景下應用，難以推廣使用。基于點云深度學習的焊縫提取技術能夠自適應提取關鍵特征，學習復雜、高維數據特征，泛化能力強，逐漸應用在焊縫檢測領域。點云深度學習分割網絡主要有 PointNet、PointNet++、Cylinder3D、PointConv、RandLA-Net 等。

　　廣東工業大學高向東團隊依托廣東省焊接工程技術研究中心在焊縫表面三維重建及質量檢測領域開展了廣泛研究，其研究成員楊鵬程等搭建了焊縫表面缺陷檢測裝置，利用點激光傳感器結合二維運動平臺實現焊縫表面點云采集，基于 Delaunay 三角剖分實現缺陷三維建模，但測量系統復雜，測量速度慢，不適合大尺寸焊縫缺陷檢測，且二維平臺往復運動掃描的方式也引入大量的振動噪聲，不適合高精度焊縫缺陷測量;研究成員丁曉東等研究了焊縫線激光條紋噪聲抑制算法，采用軟硬閾值折衷的小波閾值去噪法，提高了焊縫測量精度，但所研究算法涉及的參數初始值由多次試驗結果得到，不利于方法的推廣;研究成員劉秀航等利用機械臂帶動單線激光掃描儀跟隨激光 - 熔化極惰性氣體復合焊過程，利用焊接過程正面圖像時序特征信息預測背部駝峰缺陷，但在特征處理過程中擴增了預測模型輸入維度，計算復雜度高，實時性不高。

　　陳曉明團隊和王麗團隊依托上海面向典型建筑應用機器人工程技術研究中心和上海科學院激光探測技術研究中心聯合開展復雜環境下鋼筋工程焊縫提取算法及質量檢測技術研究，采用圖像處理、點云處理、深度學習等技術手段，在上海建工集團浦東機場南下工程地下連續墻鋼筋籠機器人智能建造中心開展示范應用。

　　1.6.1 基于點云模板匹配的焊縫質量檢測技術

　　針對室內工況，將由紅外相機、RGB 彩色相機和 MEMS 微振鏡組成的三維面陣激光掃描儀安裝到焊接機器人上，采集螺紋鋼焊接前與焊接后的兩組點云數據，實現基于點云模板匹配的焊縫尺寸精確提取，檢測算法流程圖主要包括：粗標定三維激光掃描儀與焊縫區域位姿關系;焊接前通過三維激光掃描儀采集待焊接區域點云數據;焊接后通過三維激光掃描儀采集已焊接區域點云數據;待焊接區域點云數據和已焊接區域點云數據分別預處理，包括去噪、降采樣和焊縫感興趣區域提取;待焊接和已焊接焊縫感興趣區域點云匹配;基于最近點歐式距離焊縫點云集提取;焊縫點云集合主成分析，計算出焊縫尺寸，包括長度、寬度和深度。該方法操作方便，計算簡便，不受母材和焊縫形狀影響，適用完全室內、無燈工廠等應用工況中的焊縫精確提取。

　　針對室內外環境光影響紅外相機拍攝激光條紋造成焊縫點云缺失的問題，采用外置電機帶動藍色線激光擺動掃描的方式完成整個焊縫三維掃描，用點云模板匹配法完成焊縫尺寸精確提取。

　　1.6.2 基于點云和彩色圖像融合的焊縫定位及尺寸計算

　　針對研究 1.6.1 方案需要采集焊接前后兩組焊縫點云造成檢測方法不適用焊縫抽檢和光照強烈情況下三維激光掃描儀點云缺失造成焊縫提取不精準的缺點，提出基于點云和彩色圖像融合的焊縫定位及尺寸計算方法，使用三維激光掃描儀同時采集焊接后焊縫區域圖像和點云數據，采用分段處理方式提取分段圖像焊縫區域及對應點云數據。其中圖像處理部分包括焊縫圖像分段、灰度化、二值化、膨脹、輪廓提取、焊縫定位等步驟，點云處理部分包括點云降采樣、濾波、主成分析等。

　　同時采集了 200 多組焊縫彩色圖像數據，研究基于 YOLO 圖像深度學習的小樣本焊縫分割算法。

　　1.6.3 基于點云深度學習的焊縫檢測裝備研制

　　針對基于點云匹配的焊縫提取方法需要提前采集焊接前點云數據作為母板的強制性要求不適用后期焊縫二次抽檢的問題，研究基于三維點云深度學習的一次性焊縫點云提取技術，并部署在 AI 邊緣計算機上，研制出便攜式 AI 焊縫檢測儀。

　　1.6.4 基于線激光掃描儀的焊縫尺寸計算

　　針對平面鋼板焊接過程中焊縫尺寸計算傳統采用焊接檢測尺的方式存在效率低、隨機讀數誤差大等缺點，研制了基于單線激光掃描儀的手持式鋼板焊縫檢測儀，設計了焊縫尺寸計算數學模型，精確計算出角焊縫厚度、坡口角度、焊寬等參數，與設計參數對比即可判斷焊縫質量。

　　綜上所述，三維重建檢測技術利用激光測量技術和計算機圖形學原理，采集焊縫表面缺陷二維圖像信息和三維點云信息，結合深度學習方法對邊緣、角點、曲率等特性進行訓練，建立缺陷識別模型，實現多類型焊縫缺陷定位、分類及尺寸計算等要求。該方法能夠同時實現焊縫缺陷的精確定位和高精度尺寸計算，也能夠實現裂紋、氣孔、漏焊等多類型焊縫缺陷分類，但檢測結果依賴焊縫表面三維重建效果，在強光、振動等工況下，焊縫表面三維重建會出現點云缺失、噪聲大等問題，造成焊縫缺陷識別失敗。

　　2 結束語

　　鋼筋焊縫檢測的重要性正在逐步提高。文中歸納總結渦流檢測、超聲檢測、滲透檢測、射線檢測、磁粉檢測五大主流無損檢測在焊縫質量檢測領域研究進展及優缺點。著重闡述了焊縫表面三維點云重建技術和基于點云深度學習的焊縫分割技術。未來，實現鋼筋焊縫質量自動化和智能化檢測將會成為研究熱點。

　　焊縫缺陷自動化無損檢測：使用無損檢測技術獲取焊縫表面及亞表面缺陷圖像后，再結合計算機圖像處理技術和圖像深度學習技術，進一步實現焊縫圖像的自動分割與識別，以提高焊縫缺陷檢測系統自動化程度和檢測效率。

　　焊縫缺陷多傳感器融合檢測：未來焊縫缺陷檢測將更加注重多傳感器多技術融合，將無損檢測技術與圖像處理、點云處理、深度學習技術等結合，提高檢測全面性和可靠性，減少單一傳感器、單一數據源帶來的焊縫缺陷檢測片面性。

　　基于大數據分析的焊縫缺陷檢測：大數據技術的發展為焊縫缺陷檢測提供了新的技術路徑，通過對大量焊縫缺陷數據的收集分析，挖掘焊縫缺陷形成機理和演變趨勢，對焊縫缺陷種類預測、基于焊縫缺陷演變的焊縫維護手段調整具有重要意義。

　　焊縫三維尺寸智能檢測與評估：使用三維重建傳感器獲取焊縫表面點云數據，研究可泛化的焊縫特征表征模型，結合三維點云深度學習，實現焊縫點云自動分割與識別，以提高焊縫尺寸檢測系統自動化程度和檢測效率。

陳曉明;王麗4;馬良;周峰;袁山山,同濟大學土木工程學院;上海建工集團股份有限公司;上海面向典型建筑應用機器人工程技術研究中心;上海市激光技術研究所有限公司;上海市機械施工集團有限公司,202412