[发明专利]一种弧焊熔池图像自适应视觉传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及焊接切割和传感器技术，具体为一种基于CMOS相机的弧焊熔池图像自适应视觉传感系统，国际专利主分类号拟为Int.Cl.G01N 1/00(2006.01)。

背景技术

焊接的质量是焊接过程自动化的关键。焊缝尺寸，如熔宽、熔深等参数是影响焊接质量的重要因素，而熔池特征是对焊缝尺寸参数影响最为直接的因素。因而研究焊接过程中熔池特征的变化以及实现熔池某些参数的控制对焊接质量的保证有着重要的意义，同时根据熔池特征变化来控制焊接质量也是实现焊接智能化的一个重要组成部分。近年来，随着计算机视觉技术的发展，利用机器视觉直接观察焊接熔池，通过图像处理获取熔池特征的几何信息，对焊接质量进行闭环控制，已成为焊接切割技术重要的研究方向。

由于焊接熔池视觉图像包含了丰富的信息，因而在国内外，已有众多焊接研究人员提出了多种检测手段以及各自的传感机理，例如，“TIG焊接熔池形状参数的视觉检测”(高进强等，金属学报，2000年，1284～1288，第36卷12期)；“填丝脉冲GTAW熔池形状定义和图像处理”(赵冬斌等，焊接学报，2001年，5～9，第22卷02期)；“铝合金钨极氩弧焊熔池图像处理”(杜全营等，上海交通大学学报，2005年，1055～1057，第39卷07期)。在这些传感系统中，对焊接熔池特征图像的提取一般都要借助CCD传感器来进行，并且研究工作主要集中于TIG焊接上。但是采用CCD传感器采集焊接熔池图像，一方面存在着动态范围小、熔池特征图像有“光晕(blooming)”等问题，导致CCD图像清晰度下降，影响成像的质量；特别是对于MIG焊接而言，其工作电流较大，工作频率较高，采用CCD传感器对MIG焊接熔池图像进行传感时，图像采集效果就更差；另一方面高速CCD图像传感器的曝光时间不能通过软件控制，难以实现焊接熔池图像处理的智能化和焊接质量控制的自动化。在申请人检索的范围内，尚未见到有关适用于MIG焊接的熔池图像几何特征提取、并采用CMOS相机取得较好技术效果的解决方案。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明要解决的技术问题是，设计一种弧焊熔池图像自适应视觉传感系统，该系统基于CMOS相机，适应于MIG焊接工作电流大，存在强烈弧光干扰，工作频率高的特点，具有结构简单、可以通过软件设置CMOS相机的曝光时刻、曝光时间以及灰度压缩比，从而能够根据焊接参数的变化自动调整CMOS相机设定参数，获得清晰的弧焊熔池视觉图像。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种弧焊熔池图像自适应视觉传感系统，该系统包括滤光单元、熔池图像采集单元和图像处理单元；所述的滤光单元包括镜筒和其内按照入射光路依次放置的防护玻璃片、减光片和窄带滤光片；所述的熔池图像采集单元包括相机及其电连接的触发电路，所述相机为CMOS相机，所述的触发电路包括依次电连接的电流传感器、电压跟随器、电压比较器和电压跟随器；所述滤光单元的镜筒与熔池图像采集单元的CMOS相机之间机械连接；所述的图像处理单元包括接口转换卡和计算机及软件，所述接口转换卡为独立的接口转换卡时，将其放置于计算机的主板插槽内，所述的CMOS相机通过接口电缆与所述的接口转换卡相连；所述接口转换卡集成为CMOS相机的USB接口时，所述的CMOS相机通过USB电缆直接与计算机相连。

与现有技术相比，本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统因为采用新型的CMOS相机(CMOS图像传感器)及其触发电路设计，因而不仅能够适应TIG焊接，而且能够适应于工作电流大，存在强烈弧光干扰，工作频率高的MIG焊接，并且能够根据焊接规范的改变，通过软件技术自动调整CMOS相机的曝光时刻、曝光时间以及传感熔池图像的灰度压缩比，自动保持传感熔池图像的清晰，具有适用范围广、适应性强、结构简单、图像清晰、成本较低等特点。

附图说明

图1是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例的整体结构原理示意图。

图2是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例的CMOS相机与焊接熔池平面安装和工作角度示意图。

图3是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例的CMOS相机触发电路原理示意图。

图4是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例的CMOS相机触发电路具体结构示意图。

图5是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例的软件原理框图。

图6是本发明弧焊熔池图像自适应视觉传感系统一种实施例所得到的熔池图像照片图。

具体实施方式