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《CO2短路过渡焊接熔池图像传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第-+卷第-期焊接学报CDEF-+;DF--00)年)月&:2;<2$&’,;<,=&>?$>’;2@?A%’;(’;<&’&B&’,;2GHIE-00)"9:短路过渡焊接熔池图像传感器曹一鹏"陈强"孙振国（清华大学机械工程系，北京#!!!$%）摘要：针对$,-短路过渡焊接熔池图像实时检测的要求，研制了一种基于普通工业$$%摄像机的专用传感器。介绍了该传感器紧凑的机械结构和独特的光学设计，设计了可消除$$%摄像机固定工作时序与$,-短路过渡发生的随机性之间的矛盾的实时检测熔池图像的控制时序，给出了相应的图像检测系统的工作原理。试验表明，采用该图像传感器可以围绕焊枪轴线从不同角度快
2、速、准确地获得清晰的熔池图像。关键词：$,-短路过渡焊接；熔池；图像检测；$$%摄像机中图分类号：&()01文献标识码：2文章编号：0-+#3#.045-00)60-30!30)曹一鹏!序言简单的视觉传感系统一般采用将$$%摄像机通过支架直接固定到焊枪上的结构形式（如图!所以提高焊接自动化水平、改善焊接质量为目标，示）。为避免图像被焊枪喷嘴遮挡，必须保证足够的多年来科研工作者分别以焊接过程中的光、声、电、支架长度!/，使得由摄像机、支架和焊枪组成的三热等信号为对象，开展了大量的信息传感与质量控角机构占据较大的空间，由此造成的焊枪灵活性的制方面的研究工作。其中视觉传感方式因其具有信
3、不足制约了此类系统的工程应用。息量大、灵敏度高、测量精度高、动态响应特性好、与工件无接触等特点而倍受关注［!"#］。近年来，采用工!/焊枪业$$%摄像机的视觉传感方法不断涌现，并在&’($$%焊接的熔池形貌检测与实时控制、焊缝跟踪等方面［)*+］透镜得到了成功应用。与&’(焊接过程的视觉传感与%控制相比，$,焊熔池的视觉检测相对困难一些，不$-$熔池"仅要解决好摄像机的固定工作时序与短路发生的随机性之间的矛盾，而且要避开电弧闪烁和飞溅、烟尘工件的干扰。文献［.］设计了专门的摄像机曝光过程的同步逻辑控制电路，在弧光及飞溅的干扰较小的电图!常见的基于""#摄像机的视觉传感系统示意图弧
4、短路阶段，成功采集到了清晰的$,-短路过渡焊$%&’!()*+,-.%)*+,-)/0)%0&-)1)2/3-4+)/5-60-""#-7+3/8+接熔池图像。文中着重介绍在结构设计、光学计算和采用光纤传感的方式，可以减小传感器的体积，曝光时序控制方面的工作进展，在此基础上研制而但其造价过高。为了在保持低成本的同时，达到减小成的$,-短路过渡焊接熔池图像检测传感器不仅具体积，改善焊接可达性的目的，作者采用了一种以半有结构紧凑、可达性好的特点，而且可以从不同角度五角棱镜为核心的特殊光路偏转结构（见图-）。获取熔池图像，从而为从视觉角度更深入地研究焊$$%摄像机就近平行于焊枪放置，在
5、其下方放置一接过程信息传感与质量控制提供了手段。块半五角棱镜。基于镜面成像及全反射现象，以二维信息为主的熔池图像经)+!偏折后，通过透镜在!结构设计$$%靶面上成像。选用焦距适当的双胶合透镜，经过光学计算合理放置滤光片、半五角棱镜、透镜和收稿日期：-00#30.3-0基金项目：国家自然科学基金资助项目（+117+0+0、+0-7+08#）；$$%摄像机的相对位置，配以合适的光圈与$$%时清华大学基础研究基金资助项目（9$-00-0!#）序控制，即可获得失真很小的清晰的熔池图像。!焊接学报第!*卷用焦距为)$%%的镜头从侧面)*4进行熔池图像--.检测，焊枪到--.摄像机的水平距离
6、为!5"#--.6789)*4:"&)$%%。（’）对比两种情况下焊枪到图像传感器的水平距离##可以明显看出，采用转光路设计的图像传感器结构焊枪透镜更为紧凑，焊枪的灵活性大大提高。*#半五角棱镜)##(""#摄像机#!"光路偏转结构熔池#&工件平移机构焊枪!图!基于特殊光路的熔池图像传感器结构图"#$%!&’()*’)(+,#--).’(/’#01,02,300-,#4/$+,.+1.0(,5#’6工件,,.3+*#/-,03’#*/-,3(#.4!光路设计图7新型熔池图像传感器如图!所示，半五角棱镜与熔池的相对距离为"#$%7809+-,300-,#4/$+,.+1.0(水平方
7、向!"#$%%，垂直方向""#$%%的位置。以熔池中心发出的直射入半五角棱镜的光线为!熔池图像检测控制原理例进行计算，图中：#&"#’%%，#!"&!%%，#("&’%%，#)"*%%，#*"($%%，半五角棱镜的折射率为在完成了图像传感器的结构和光学设计之后，$"&+((。下一步需要解决的是普通工业--.摄像机的固定物距为u=L1+n(L2+L3+L4)+L5。（&）工作时序与-;短路过渡焊接短路发生的随机性之!像距为v=L6。（!）间的矛盾，以及在曝光过程中，发生在每一场内的
