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1、无辅助光源图像法TIG焊缝跟踪传感系统第2l卷第l期焊接2000年3月TRANSACTIONS0FTHECHINAWELD~GV01.21No.1March2000无辅助光源图像法TIG焊焊缝跟踪传感系统翅盔型宝王其隆摘要焊接过程中焊炬自动跟踪焊缝对保证焊接质量,提高自动化程度有着极其重要的实际意义.焊缝自动跟踪技术的关键是焊缝位置的传感方法,本文在探入研究
2、nG焊电弧发光行为的基础上,结合实际的焊接工况,建立了一套利用电弧弧光检测焊琏位置的图像传感系统.该系统在硬件方面解决了图像采集与焊接电流的同步以及图像品质的提高等同题,在计算机软件方面解决了阈
3、值与图像品质相匹配以及焊缝位置的提取等问题.生产实际应用结果表明,该系统在检测精度,处理速度,稳定性,可靠性及实际工况的适应性等方面完全满足高质量焊缝对焊接过程自动对中的要求.詈兰坚三戆中图分类喜_-—～——一fzl}c0序言基于计算机图像采集和图像处理技术的视觉图像法在各领域的应用日趋广泛,图像传感器的微型化和计算机的高速化为在焊接过程中采用图像法进行各项参数(尤其是焊缝位置)的实时控制提供了可能.目前国内外有关采用图像法进行焊缝跟踪的成果报道比较多,选择的传感方案也不尽一致,其根本出发点在于克服作为焊接主要热源的焊接电弧在光,电,磁,热等方面对检
4、测和跟踪效果的影响.根据焊缝图像的获取方法来分有外加辅助光源L1.2一(主动式)和无辅助光源l3(被动式)两大类,这些方案在系统构成的复杂程度,实时性,实际工艺的接纳程度,信号稳定性和可靠性等方面的优缺点是显而易见.因此在近弧区,无辅助光源条件下,克服电弧干扰及保证信号的稳定,可靠成为图像法传感器能否在明弧焊接工况下成功应用的关键.本文作者根据某产品_rJG焊实际焊接工艺的要求,研制了一套在近弧区利用WIG焊弧光作为照明光源的焊缝跟踪传感器.该传感器不单在信号的稳定性,可靠性和小型化等方面具有一系列优点,而且还适应"预热焊接"情况下的玲却要求.何景山
5、及相应附属装置,M200黑白图卡,监示器组成.在基值电流期间.用摄像机获取焊接熔池前沿的焊缝图像,通过M200图像卡把摄像机与计算机联系起来,对采集到的焊缝图像经过必要处理之后,设计一种数学模型,提取出焊缝位置参数,从而实现焊缝位置的实时检测,通过调节焊炬伺服机构来实现焊缝对中控制.图1图像采集系统框图啦.1sc鼬血Dfimage越l研蛐1图像传感器系统的组成2焊缝图像获取原理本系统的图像采集与处理以及计算分析系统如图1所示,该系统由80386I业控制计算机,摄像机收稿日期:I999—06一Io焊缝图像的采集位置为熔池前沿,图1中的摄像机镜头前面装有
6、一块衰减滤光片.选择不同的衰减滤光片.可得到不同对比度的焊缝图像.由结构38焊接21卷光法的原理可知:当光源发出的光面与被摄物体相交时,光面与摄像机的位置光子为已知,则在摄像机上主动光源形成的像为高亮度的像,像面上每一亮点对应于主动光面的每一点,其位置光子可以求出.由于本系统采用'rIG电弧作为主动光源.因此电弧发光行为直接影响图像的品质,通过系统的试验研究发现'rIG焊电弧及近弧区图像有如下特点.当焊接电流较小(小于20A)时,如图2所示,作为电弧发光主体的钨极端部烁亮区呈球状,弧光呈球面散开,工件表面在一定半径范围内被增亮.增亮区与非增亮区之间有
7、清晰明显的边界线,这时得到的近弧区图像增亮区域为高灰度值,非增亮区域近似黑区;平板堆焊时亮区的边界线近似规则的圆,无错边对焊时该边界线只在焊缝附近有形状上的变化,有错边时该边界线在焊缝区域的形状变化更大.图2基值电流较低时的成像示意图啦.2sa,ema~0r,t~ltlalowb∞e~xla'tellt当焊接电流增大,如图3所示,钨极端部烁亮区扩张,逐渐由球状向柱状过渡,工件表面的增亮范围扩大;在这变化过程中,焊缝图像中被增亮的区域范围逐渐增加,最初还能保持一定的亮区轮廓,随着焊接电流增加,弧光增强,焊缝图像灰度提高,焊缝图像就逐渐湮没到背景中,大量
8、有用信息被丢失.在电流相同时,如果减滤光片的衰减率过小时,也会造成焊缝信息的丢失,引起检测结果与实际情况不符.图3基值电流较高时的成像示意图啦.3scbe衄dc0rIⅢa窖e砌由b鼬Ⅲ瑚t根据'rIG焊电弧的上述特点,本文作者在系统中将焊接电源与图像采集同步进行控制,使图像采集都是在脉冲基值期问内完成,同时选择合适的衰减滤光片等措施,从而保证稳定,可靠地获取高品质的近弧区图像.3焊缝位置信息的提取焊缝位置信息的提取过程分以下几个部分:实时图像灰度矩阵的获取;阈值的确定;亮区边界线的提取;畸变位置坐标的确定;程序执行速度的优化.从处理速度和通用性角度考
9、虑,本系统的软件采用MicrosoftC6.0版本的c语言编制,下面结合具体过程来阐述软件的构成.3.1实时
