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1、8焊管·第20卷第1期·1997年1月脉冲TIG焊熔池宽度变化过程的实验检测郑 炜 戴 明 王 为 武传松 吴 林(哈尔滨工业大学 150001) 摘 要 建立了一套以计算机视觉焊缝正面检测为基础的脉冲TIG焊熔池宽度变化过程的实验检测系统。提出了脉冲基值期间动态熔池图象的采集和存贮方法,设计了熔池图象处理及熔池宽度检测的计算机软件。通过2mm低碳钢板表面堆焊的工艺实验,检测了脉冲电流及焊接速度对熔池宽度变化过程的影响。主题词 脉冲焊 TIG焊 熔池 宽度 实验 检测 图象处理1 前 言众所周知,
2、熔化焊过程中熔池的尺寸和形状对最终的接头质量有重要影响,因此通过实验检测获得熔池尺寸和形状的信息,对我们更好地理解焊接过程中所发生的复杂现象以及进一步控制焊接过程具有重要意义。但是,由于焊接过程中强烈的弧光干扰及熔池内液态金属的剧烈运动,使得实验检测熔池尺寸和形状十分困难。脉冲TIG焊在全位置焊、窄间隙焊、薄件焊接等方面有着广泛的应用。由于其焊接过程的非稳态,使得脉冲TIG焊熔池的尺寸和形状在焊接过程中始终是非稳态变化的,即在脉冲峰值期间工件被加热熔化,熔池扩大;在脉冲基值期间工件冷却凝固,熔池缩小。对熔池这一复
3、杂的变化过程,目前研究的较少,因此,开展这方面的工作是十分必要和有意义的。作者针对脉冲TIG焊熔池变化的特点,建立了一套基于计图1实验检测系统硬件框图算机视觉的检测系统,对脉冲TIG焊熔池宽度的变化过程进行了实验检测。386计算机是整个系统控制的核心,它响应8031单片机系统发出的中断信号,通过图象2 实验检测系统的总体结构卡实现图象采集、转贮最终记录在磁盘上。图图1所示为实验检测系统的硬件框图。象卡上共有1M的图象存贮空间,可存贮工业摄像机、录像机、电视机、监视器及图象512×512分辨率的图象四幅。焊接规范参
4、数卡共同完成了熔池区景象的摄取、记录、观(电流、焊速、脉冲频率等)由单片机系统进行察、转换和监视等一系列功能。IBM—PC控制。整个系统的精度高,再现性好。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第20卷第1期 郑 炜等:脉冲TIG焊熔池宽度变化过程的实验检测93 熔池图象的获取、存贮及处理在每个基值期间取三幅熔池图象,若忽略电获取熔池区图象的目的是为了获得熔池弧热惯性的影响,则可认为每个脉冲期间的宽度的变化规律。由于脉
5、冲峰值期间强烈的最大焊缝宽(该值可从每幅图象中获取)即是弧光干扰,在没有背景光的情况下无法获得脉冲基值开始时刻的熔池宽度。这样由每个可辨认的熔池区图象,而在脉冲基值期间,当脉冲基值期间所获取的四个熔宽信息,基本弧光强度合适时方可获得能够辨认的图上可反映这一期间的熔宽变化趋势。由于每[1]象。为了反映熔池宽度的变化过程,我们拟个脉冲基值期间要取三幅图象,这就要求图图2一个脉冲基值期间的典型熔池图象象获取、转贮的速度必须快、存贮量必须少。为此,将图象卡的四个图象页分为两部分,第0页作实时采像用,第1、2、3页作图象缓
6、冲区用,将采得的图象暂存于图象缓冲区中,待所有图象采集完毕后再记录到磁盘上。同时,在第0页采来的图象上只取熔池区256×256像素(pixel)面积的区域,且在转贮时将分辨率降低四倍,这样,每幅熔池的图象为128×128像素,作为缓冲区的三个图象页共可存贮48幅图象。经标定,图象与实际熔池的比例为横向0.1mmöpixel,纵向0.2mmöpixel。图2所示为一个脉冲基值期间所采的三幅典型熔池区图象。在图象信息获取和存贮过程中,必然会引入噪声,噪声的存在将严重影响图象信息特征的提取和识别,为此必须进行图象的去噪
7、处理。经过反复试验,并比较图象处理的效果,我们最终采用了先将图象进行中值滤[2]波,然后再进行一次参数适当的FIR线性[3]数字滤波的方法。实践证明,经过这样的复合去噪处理后,其去噪效果较为理想。图3所图3去噪前后熔池图象灰度分布示为去噪前后熔池图象灰度分布的对照。(X轴对应熔池纵向,Y轴对应熔池横向)©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.10焊管·1997年1月 熔池图象经去噪处理后,虽然噪声大为为v=1.4mmös)。可
8、见脉冲基值期间熔池宽减轻,但图象的一些细节也变得模糊难辨了。度的变化近似于指数衰减。Ip越小,即Ip与为了有效地检测熔池及焊缝的边缘,经过反Ib越接近,熔池宽度的衰减量越小,这时熔池[3]复试验,我们采用了Laplace边缘增强法。冷却凝固、结晶的速度也越慢。实践证明,经过边缘增强处理后,焊缝与熔池边缘清晰可辨,为焊缝及熔池边缘检测作好了前处理。4 焊缝及熔池的边缘检测由
