[发明专利]基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属焊接技术领域的方法，具体是一种基于图像处理的不锈钢薄 板角焊焊接方法。

背景技术

不锈钢薄板焊接，由于导热系数小、线膨胀系数较大、自身约束较小等原因，在焊接 中容易出现烧穿和焊接变形等缺陷。因此基本工艺要求电流小、焊接速度快，这样可以减 少焊接热输入、减少焊接变形。但是在相同规范参数条件下，何种焊枪位置及运动方式更 利于保证焊缝质量的问题，目前国内外的研究还比较少。

经过对现有技术的检索发现，王亮阳等人在《电焊机》(2009，Vol.39，No.3：77-79 )上发表的“焊工操作手法对不锈钢薄板角焊焊缝质量的影响”一文中指出了焊缝质量随 焊枪角度等参数变化的敏感性，并采用直线往复法代替直线法焊接，回避焊枪位置对焊接 质量的影响，改善焊缝成型。但是该技术过度依赖于焊工焊接技术，不适应大规模工业化 生产，且成品率低；同时直线往复法焊接效率低，要往复焊接才能达到焊接效果。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊 接方法，能够一次焊接成型，提高焊接效率，通过CCD视觉传感信息代替焊工视觉信息， 降低废品率，实现焊接自动化。

本发明是通过以下技术方案实现，本发明通过图像处理结果代替焊工视觉信息，实时 调整焊枪位置等敏感工艺参数控制焊接质量：采用一侧夹具位于水平位置，且与另一侧夹 具成90°-180°的焊接夹具固定薄板；步进电机控制夹具移动；通过图像处理算法检测钨 极位置；根据结果实时调整钨极至最佳参数的焊接质量控制方法。

本发明包括以下步骤：

第一步、采用钨极氩弧焊对不锈钢薄板进行角焊焊接，在钨极氩弧焊的上方安装CCD 传感器进行焊接连动图像采集。

所述的焊接连动图像采集是指：当CCD传感器检测到钨极氩弧焊的脉冲下降沿时触发 ，并在触发延迟后进行图像拍摄。

第二步、通过CCD传感器进行单位标定圆图像采集获得两张标定图像，然后通过对标 定图像进行标定处理，获得标定图像中每个像素分别在焊缝平面和钨极平面内二维方向上 所代表的实际距离及焊缝、钨极和送丝位置的计算范围。

所述的单位标定圆是指直径为1cm并包含两条相互垂直的标定直径线的圆。

所述的图像采集是指：在不起弧不加滤光系统的条件下由CCD传感器进行两次拍摄， 第一次拍摄获得的单位标定圆处于焊缝平面内，其一条标定直径线与焊缝重合，其圆心与 钨极投影点重合的标定圆图像；第二次拍摄时获得的单位标定圆处于钨极平面内，其一条 标定直径线与焊缝平行，其圆心与钨极重合的标定圆图像。

所述的标定处理，具体步骤是指：

①在标定图像的单位标定圆的两个标定直径线的方向内，分别用单位标定圆的标定直 径除以两个标定直径线所通过的像素的个数，获得每个像素二维方向上所代表的实际距离 ；

②分别确定角焊焊接的起始焊缝位置ab、钨极相对于喷嘴的起始位置cd和送丝尖端相 对于送丝喷嘴的起始位置ef；

③分别以ab、cd和ef设定计算焊缝、钨极和送丝位置的计算范围。

第三步、针对两张标定图像，根据第二步得到的焊缝、钨极和送丝位置的计算范围内 进行图像复原及中值滤波，获得初始图像。

第四步、根据初始图像，采用Sobel边缘检测钨极喷嘴边缘，将得到的点的坐标，通 过斜率差值求和法和基于灰度值积分的二分发法计算，获得钨极的位置；

所述的钨极的位置具体通过以下步骤获得：

a)采用经典轮廓检测算法中的Sobel边缘检测算子提取钨极喷嘴边缘，从右下角到左 上角检索提取到的边缘，每行只保留一个检索点，其坐标为(x_i，y_i)，得到原始焊枪喷嘴轮 廓点。

b)将步骤a)所得到的原始焊枪喷嘴轮廓点每点(x_i，y_i)，带入斜率差值求和法，判断 是否为伪边缘点，去除伪边缘点，得到焊枪喷嘴轮廓点。

所述斜率插值法是指：

该方法能够判断是否是钨极 轮廓的伪边缘点。η的值会影响判断精度。

c)将步骤b)得到焊枪喷嘴轮廓点，进行线性拟合，得到焊枪喷嘴轮廓线。