本发明专利技术公开了一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，属于焊接技术领域。其红外视觉传感系统包括红外CMOS摄像机、滤光系统、图像采集卡、计算机和显示器等。以窄间隙焊接电弧光和熔池自身辐射光作为光源，利用红外窄带滤光系统滤除干扰信号并调节光强，计算机实时采集并显示红外CMOS摄像机获取的焊接图像。通过图像截取窗口截取远离电弧侧的图像进行处理，并通过提取坡口单侧边缘来获取焊缝偏差信息，可在有效避免运动电弧干扰的同时，提高焊缝偏差检测的实时性。本发明专利技术系统构成简单、监控图像清晰、焊缝偏差检测精度高、抗干扰能力强、工程实用性好，可达到窄间隙焊接实时监控和焊缝偏差同步检测的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接
，特指一种。
技术介绍
窄间隙电弧焊可分为窄间隙熔化极气体保护电弧焊、窄间隙埋弧焊、窄间隙非熔化极气体保护电弧焊等多种工艺，其中以窄间隙熔化极气体保护电弧焊(简称窄间隙MIG/MAG焊)的利用率为最高。窄间隙MIG/MAG焊是一种在窄坡口条件下进行的多层焊接方法，一般以每层单道或每层双道的自动方式施焊，具有坡口形状简单、焊缝截面积小、焊接效率高、能耗少、焊接热输入低、焊接热影响区小、接头韧性好等优点，在大厚度钢板焊接中优势明显，但也存在着坡口侧壁熔合和焊缝跟踪两大技术难题。另外，窄间隙焊接坡口窄、电弧 弧光强、烟尘集中，难以人工方式监控焊接过程。为了解决窄间隙坡口侧壁熔合问题，国内外先后开发出多种工艺技术，典型的有摇动电弧窄间隙焊(专利号为ZL 200810236274. 5、名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬”)、旋转电弧窄间隙焊(专利号为ZL 200510038527. 4、名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”)、超窄间隙焊、双丝窄间隙焊等。但是在焊接过程中，往往受到坡口加工误差、工件装配误差、接缝固定曲率、焊接热变形等因素的影响，导致焊炬中心偏离接缝中心(即出现所谓的焊缝偏差)，如果对焊缝偏差不及时地进行调整，将会影响焊接质量。也就是说，即使采用了合适的熔透控制技术，如果不能保证焊炬中心线与工件坡口中心的严格对中，坡口两侧壁的均匀熔透实际上也无法保证。因此，开发适用于窄间隙焊接应用的过程监控和焊缝跟踪技术，已成为能否保证其焊接质量的关键。传感技术又是实现焊缝跟踪的关键。焊缝跟踪传感方法一般有接触式、电弧式、电磁式、光电式、视觉式等多种。其中，视觉传感器因其具有与工件不接触、信息量大(可兼作监控)、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、适用坡口形式多等优点，被认为是一种最有发展前景的传感方法。目前，常用的视觉传感器分为电荷耦合器件(CCD)式和互补金属氧化物半导体(CMOS)式两种，可将不同强度的光线信号转换为不同幅度的图像信息。与CCD式相比，CMOS传感器具有芯片集成度高、功耗低、响应速度快、动态范围广(可达120dB)等优点，可采用“线性+对数”的图像信号放大模式，能对低亮度信号线性放大而对高亮度信号则进行对数放大，在保证低亮度区域图像对比度的同时尽可能地扩展动态范围，因此特别适合在像焊接这种明暗对比程度高的环境中工作。关于窄间隙焊接的视觉传感技术研究不多。经文献检索，在名为“基于面阵CCD图像处理的窄间隙焊自动跟踪系统”(张富巨等，焊接技术，2000年，第29卷，第6期，36 37页)一文中，提出了一种基于面阵CCD图像处理的窄间隙焊自动跟踪系统，其构成包括工业控制计算机、CCD摄像机、图像采集卡、镜头、减光和滤光系统等。该系统利用弧光的作用，使坡口内部近坡口棱边处(无焊枪遮挡部分)呈现出几乎一致的白色，而坡口外的工件表面和棱边处呈现出一致的黑色，通过计算白色条纹到窗口边缘的距离与标定的距离差，实现窄间隙焊缝跟踪。该方法存在的缺点是(I)CCD摄像机动态范围小，图像质量欠佳；(2)采集的图像不是直接的电弧区域图像，即传感检测位置与电弧实际位置不同步，降低了传感检测精度；(3)功能单一，不能同时监测熔池和电弧信息。在名为“一种窄间隙焊接被动光视觉传感器的研究”(许平非等，电焊机，2010年，第40卷，第3期，37 39页)一文中，提出了一种窄间隙红外CXD视觉传感系统，其构成包括计算机、CCD摄像机、图像采集卡和滤光系统等。该系统利用红外CCD摄像机，配用中心波长为920nm的窄带滤光片，采集焊接区域图像，来观测窄间隙焊接过程。该方法存在的缺点是(I)采用的CCD摄像机，动态范围小、响应速度较慢，影响焊接实时监控和动态分析效果；(2)仅进行窄间隙焊接过程的实时监测，未见实现焊缝的同步跟踪控制。在专利申请号为200910076527. I、名称为“基于视觉检测的窄间隙电弧焊接在线决策方法”中，公开了一种焊枪偏移调整(即为焊缝跟踪控制)方法，通过CCD视觉传感器检测电弧摆动幅度中心(即电弧摆动中心)和焊缝宽度中心(即焊缝中心)，当检测到电弧摆动中心与焊缝中心不重合时，即对焊枪位置进行调整。该方法存在的缺点是(I)只针对摆动 电弧应用场合，工艺适用范围窄；(2)需要通过多次边缘和位置检测才能获取焊缝偏差信息，图像处理工作量大，决策繁琐费时，影响焊缝跟踪控制的实时性；(3)采用CCD视觉传感方式，图像质量欠佳，影响检测精度。
技术实现思路
针对现有技术存在传感检测精度较低、监控效果欠佳、功能单一等缺点，本专利技术提出一种基于红外CMOS视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，能实时监视窄间隙焊接过程中熔池、电弧和浮渣等的形状和动态行为，并能提取出焊缝偏差信息以达到焊缝跟踪的目的。本专利技术提出的的技术方案是包括如下步骤 1)采用包含有红外CMOS摄像机、滤光系统、图像采集卡、计算机、显示器的红外视觉传感系统，将摄像机与窄间隙焊炬固连后放置在焊炬前方并与工件底面呈20飞0°的夹角，利用窄间隙焊接电弧光和熔池自身辐射光作为光源采集焊接图像，将焊接图像信号经图像采集卡送入计算机，经显示器显示； 2)摄像机采集焊前焊炬对中时基准图像或采集燃弧且电弧居中时基准图像，采用左侧图像截取窗口和右侧图像截取窗口分别对获取的基准图像进行截取，得到坡口左侧壁边界或熔池左边缘至左侧图像截取窗口左边缘的左基准边界距离L”以及坡口右侧壁边界或熔池右边缘至右侧图像截取窗口右边缘的基准边界距离4； 3)当电弧运动至离坡口右侧较近时，左侧图像截取窗口截取不受电弧干扰的左侧图像，并计算出熔池左边缘至左侧图像截取窗口左边缘的当前左边缘距离4，此时焊缝偏差特征值Az等于所述左基准边界距离Z7减去当前左边缘距离Zi，若Az=O则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Az > 0则焊炬偏向坡口右侧，若Az <0则焊炬偏向坡口左侧； 4)当电弧运动至离坡口左侧较近时，右侧图像截取窗口截取不受电弧干扰的右侧图像，并计算出熔池右边缘到右侧图像截取窗口右边缘的当前右边缘距离&，此时焊缝偏差特征值Az等于所述右基准边界距离4减去当前右边缘距离Zy，若Az=O则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Λζ> O则焊炬偏向坡口左侧，若Λζ < O则焊炬偏向坡口右侧。进一步地，本专利技术所述红外视觉传感系统具有三种工作模式工作模式一是实现单一的窄间隙焊接监控功能，工作模式二是实现单一的窄间隙焊缝偏差检测功能，工作模式三是实现窄间隙焊接监控和焊缝偏差检测的双重功能；对于工作模式一，所述计算机为一台计算机；对于工作模式二，所述计算机为一台计算机或一台数字信号处理器；对于工作模式三，所述计算机是由主计算机和从计算机构成的双机系统，主计算机采集焊接区域图像信息并送显示器实时显示，从计算机以定时或外部触发方式向主计算机请求对应时刻的图像数据，并通过图像处理实时提取焊缝偏差信息。 本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果 I)红外CMOS摄像机体积小、功耗低、响应速度快、动态范围广，配用窄带红外滤光系统，采集到的焊接区域图像质量高且焊丝、熔池、电弧和浮渣均清晰可见，实时监控效果好，工程实用性强。2)在实时监本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是包括如下步骤：1）采用包含有红外CMOS摄像机（2）、滤光系统（3）、图像采集卡（4）、计算机（5）、显示器（6）的红外视觉传感系统，将摄像机（2）与窄间隙焊炬（1）固连后放置在焊炬（1）前方并与工件（7）底面呈20~60°的夹角，利用窄间隙焊接电弧光和熔池（8）自身辐射光作为光源采集焊接图像，将焊接图像信号经图像采集卡（4）送入计算机（5），经显示器（6）显示；2）摄像机（2）采集焊前焊炬（1）对中时基准图像或采集燃弧且电弧（10）居中时基准图像，采用左侧图像截取窗口（19）和右侧图像截取窗口（20）分别对获取的基准图像进行截取，得到坡口左侧壁边界（17）或熔池左边缘（15）至左侧图像截取窗口（19）左边缘的左基准边界距离L1，以及坡口右侧壁边界（18）或熔池右边缘（16）至右侧图像截取窗口（20）右边缘的基准边界距离L2；3）当电弧（10）运动至离坡口右侧壁较近时，左侧图像截取窗口（19）截取不受电弧（10）干扰的左侧图像，并计算出熔池左边缘（15）至左侧图像截取窗口（19）左边缘的当前左边缘距离Li，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述左基准边界距离L1减去当前左边缘距离Li，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬（1）偏向坡口右侧，若Δx＜0则焊炬（1）偏向坡口左侧；4）当电弧（10）运动至离坡口左侧壁较近时，右侧图像截取窗口（20）截取不受电弧（10）干扰的右侧图像，并计算出熔池右边缘（16）到右侧图像截取窗口（20）右边缘的当前右边缘距离Lj，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述右基准边界距离L2减去当前右边缘距离Lj，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬（1）偏向坡口左侧，若Δx＜0则焊炬（1）偏向坡口右侧。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王加友，朱杰，叶利利，杨茂盛，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。