焊接电弧高速图像采集

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1、北京石油化工学院学报第17卷第4期Vol.17No.4JournalofBeiiingInstituteof2009年12月Dee.2009Petro一ehemiealTeehnology焊接电弧高速图像采集乔慧娟
,2焦向东2周灿丰2赵华夏2,3(1.中国石油大学(北京),北京102249;2.北京石油化工学院,北京102617;3.北京化工大学,北京100029)摘要为采集焊接电弧图像和观察熔滴过渡过程,采用焊接电弧高速摄像关键技术(包括背光技术光学放大率和高速摄像参数的选择),建立了以激光为背光光源的高速摄像系统利用此系统可以在线观测和监控焊接过程,其

2、结果对焊电弧现象以及MIG焊熔滴过渡过程的高速摄像技术有较高参考价值关键词焊接;高速摄像;电弧图像中图法分类号TGll5.28焊接电弧直接影响焊接质量,对焊接电弧要技术指标:CMOS传感器,触发方式为脉冲的研究始终是焊接领域的重要课题焊接电弧同步手动连续,操作环境为windows200兼是一种无规律的急剧变化着的气体放电现象,容Win98/XP,分辨率为400X400(500fps)/同时发出强烈的弧光因此,焊接电弧现象无IOoXZo(25000fps),曝光时间1拼s一24ms,法用肉眼直接观察!∀#,必须借助于高速摄像来记录时间1.5一155,电源2

3、2OV(AC)附件包进行实验观察川高速摄像技术是一种先进的括镜头图像采集卡专用驱动软件计算机等测试手段,它能把一个高速的运动过程或高速2工作原理瞬变过程的空间信息和时间信息.记录下来电弧光的波长分布在从紫外到红外的很宽1高速摄像装置范围内,而在某一波长上其强度不一定高川采集TIG焊电弧图像的摄像装置光路示因此,功率不大的激光器发出的激光亮度就可意图如图1所示能超过电弧中对应波长的弧光图1摄像装置的基本原理是,通过透镜1和透镜2将光斑直径较小的激光束扩展成为光斑直径较大的近似平行的光束,当其照射到焊母材透镜1接电弧后,高速摄像机即可摄取带有背光的焊图l高速

4、摄像装置及其光路图接电弧图像不同于以往的激光背光电弧图像采集系高速摄像装置由三部分组成:(1)光源部统,该系统去掉了摄像机前面用以滤除弧光的分,由点光源或平行光源组成实验中采用平小孔及成像屏,而是在高速摄像机镜头前直接行光源背光光源使用的是波长为650nm的加装滤光镜组来实现滤除弧光的效果,从而简半导体激光器,功率为80mw;(2)扩束部分,化了光路,使系统具有更好的环境适应能力由显微目镜及凸透镜组成即透镜1和透镜高速摄像机镜头上加滤光片主要是基于以2;(3)摄像部分,实验中采用CanadianPho-下两个方面的考虑:首先,可调减光镜用以削减toniLabS

5、的彩色数字高速摄像机高速摄像弧光及背光的光强,避免摄像机过饱和;其次,机包括主机和附件主机型号CPL一MS25k,主选用滤光镜组合,可以滤掉大部分弧光,只保留收稿日期:2009一05一27背光波长附近波段的光信号第4期乔慧娟等.焊接电弧高速图像采集此外,镜头上还需加带颜色的滤光片,以滤择在2~3之间川,以肉眼能够观察清楚成像屏掉一些杂光,方便观察TIG焊电弧的形态同上阴影像焊枪端部钨极细节为宜时也可用于更好的观察脉冲MIG焊熔滴过渡3.3恰当选择摄像参数行为和熔池形态使用数字高速摄像机进行摄像时,最重要的摄像参数主要有图像分辨率图像增益值曝3焊接电弧摄像关

6、键技术光时间及摄像速度,这些参数可通过高速摄像高质量焊接电弧图像的拍摄首先需要对焊机自带软件控制,摄像参数既可单独设定,同时接电弧有比较深人的了解;其次,熟悉高速摄像又相互关联图像分辨率选择过大,会直接降技术;第三,拍摄之前对整个光路进行仔细低摄像速度曝光时间的选择也很重要,曝光调整时间过短,图像的亮度及对比度下降,曝光时间3.1背光技术过长则会降低摄像速度而摄像速度一般也不由于焊接电弧是一个高亮度辐射光源,直应该太低所以,实验时要根据具体情况来确接取像看不到其内部变化过程,必须采用背光定这些摄像参数技术取像,对背光的要求是高速摄像机所接受4焊接电弧的高速摄像

7、效果的光强度必须至少强于电弧本身的弧光背光及其光路的选用和配合直接影响高速摄像4.1不同滤光镜的拍摄效果质量利用高速摄像装置根据拍摄对象具体情况实验中选用的是以激光加扩束系统为代表和实验条件拍摄的高速摄像图片如图2所示的平行光背光光源,由于激光为单色平行光源,不同滤光镜情况下的拍摄效果见表1在光强比的调节上具有独特的优越性因此,表1不同滤光镜下的拍摄效果利用扩束作用能够拍出视场较大的清晰程度图片位置背光滤光片颜色可调滤光片较好的画面也正因为激光为单色光,使滤光无无滤光片有激光深紫片的选择比较容易,可以使高速摄像机所接受激光淡紫的光强度远高于电弧弧光UeJgL

8、r,几激光同色激光作为背光光源的不足之