MAG焊接熔池的激光频闪视觉检测创新.PDFVIP

MAG 焊接熔池的激光频闪视觉检测 高进强 张敏 武传松 （山东大学材料科学与工程学院连接技术研究所，济南 250061 ） 摘要： MAG 焊接在生产中得到了广泛的应用。本文利用激光频闪视觉检测仪从试件正面检测出了清晰的 MAG 焊接射 流过渡的熔池区图象；根据图像的特点，设计出图像边缘检测算法，检测出了焊接熔池的整个边缘；提取出了熔池最 大宽度和熔池最大长度参数。这为 MAG 焊接过程的数值模拟提供实验验证,同时还可以为以后的 MAG 焊接过程的 自动 控制打下了坚实的基础。 关键词： 激光频闪视觉检测 MAG 焊接 熔池区图象 射流过渡 0 前言 1 系统模型 视觉传感器具有直观、信息量大、不受焊接 实验系统主要由激光频 闪视觉检测仪、焊 电磁场的干扰，其信息的检测不影响正常焊接过 机、行走机构、微机 1、微机 2 、监视器组成。图 程等优点，因而在焊接过程的质量检测与控制的 1 为系统结构框图。 研究方面应用较多。由于TIG焊接过程较稳定，在 TIG焊接过程的质量检测与控制方面取得了较好 的结果[1][2] [3] 。MAG焊接是生产中广泛采用的焊接 方法，具有焊缝质量好、可操作性强、生产效率 高等优点，广泛应用于机械化焊接和机器人焊接， 而且 MAG焊接几乎可焊所有的金属[4]。但由于MAG 焊接过程中存在很大程度的金属飞溅，焊缝外形 较为粗糙，弧光干扰强烈、烟雾、不稳定的电弧 燃烧等缺点，因而很难拍摄到完整清晰的熔池图 象，也很难对MAG焊接过程的数值模拟提供实验验 证。清华大学的孙正国[5]等人重新设计了普通的 图 1 系统框图 工业CCD摄像机以用来检测短路过渡过程中无弧 光干扰期间的熔池，解决了CO2短路过渡中存在的 1.1 激光频闪视觉检测仪 电弧和飞溅对视觉传感器的干扰问题。该文在脉 激光频闪视觉检测仪是由Control Vision Inc. 冲电流基值时刻拍摄出了CO2 短路过渡时的熔池 公司生产的，被用来检测高速、高温工艺过程。 图像，熔池边缘清晰，但弧光干扰仍很强烈，未 激光光束具有单色性能，方向性好，亮度高，因 提取图象边缘。本实验室采用激光频闪视觉检测 而获得清晰的图像。激光频闪视觉检测仪将脉冲 仪，利用短时间内激光的照明，成功地消除了MAG 激光频闪技术、高速电子快门视觉传感器、复合 焊接过程的强弧光干扰，拍摄出了清晰、完整的 滤光技术、计算机图像处理技术集成于一体，可 熔池图像。 以有效的克服焊接过程中的强弧光干扰，提供清 晰的熔池图像和几何形状尺寸，为焊接过程分析 和控制提供了大量的可靠信息。 激光频闪视觉检测仪由摄像机头、控制设备、 熔池图像如 图２所示，y 轴为焊接方向，x 激光发射器组成。该设备利用激光发射器发出的 轴垂直于焊接方向． 激光来抑制电弧光的干扰。脉冲激光器的平均功 率为 7mW,一个脉冲周期激光持续时间仅为 5ns ， 一般地，边缘表现为图像上灰度变化剧烈 因而在激光脉冲持续时间内激光脉冲功率可达 的地方。但由于 MAG 焊接所固有的特点，所拍 80kW 。这样在激光脉冲持续时间内，激光的能量 摄的图像中除了熔池边缘有剧烈的灰度变化外， 密度远远大于电弧光的能量密度。摄象机的电子 在其他地方仍然有很多的类似熔池边缘的“干扰” 快门与激光脉冲同步，因此熔池在摄象机成像时 激光就能有效地抑制电弧光的干扰。另外，在摄