[发明专利]一种基于视觉检测的焊接熔透质量实时控制方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉检测的焊接熔透质量实时控制方法，步骤为：焊接过程中用带红外高通滤波片的视觉传感器连续采集焊道背面图像；通过前一帧图像获取熔池热辐射光和焊道坡口间隙透过的弧光信息；根据热辐射光信息确定熔池背面中心所在区域，根据焊道坡口间隙透过的弧光信息计算焊道中心线位置；采集后一帧图像时开启平行光照明光源，根据熔池和焊缝背面凸起形成的光影特征，结合已得到的熔池背面中心所在区域，计算熔池背面中心位置和熔池背面特征宽度；计算熔池背面中心与焊道中心线之间的位置偏移量；根据熔池背面的特征宽度和位置偏移量调节焊接参数控制熔透，重复上述过程直至焊接结束，从而实现对焊接熔透质量的闭环控制。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉检测的焊接熔透质量实时控制方法，属于焊接自动化技术领域。

背景技术

焊接自动化以自动化设备代替传统人工作业，克服人工焊接的弊端，提高劳动生产效率，对保证焊接过程稳定性和焊缝质量具有重要意义。焊接熔透质量控制是焊接自动化面临的技术问题之一。在实际焊接过程中，焊接工件的装配间隙、散热条件变化、工件错边等各种不确定因素将导致焊缝熔透质量不一致，造成局部的未熔透、焊漏或焊缝不对中。为了克服作业条件中的不确定因素对焊接质量的影响，提高自动化焊接的可靠性，焊接系统应能实现对焊接过程中熔透质量的实时检测功能，从而进一步通过实时调节焊接参数达到对焊接熔透质量的控制。

经对现有技术文献的检索发现，对焊接过程熔透质量的检测手段有多种，如采用弧压传感熔池振动信息、采用超声波检测熔池固液界面位置、采用焊接过程的声信号反映熔透状态等。各种检测手段中视觉检测因其非接触、抗电磁干扰、信息丰富的优点在焊接中具有非常广泛的应用前景。对熔透质量的视觉检测分为对熔池正面的视觉检测和对熔池背面的视觉检测。中国发明专利CN106624266B介绍了一种熔透质量检测方法，通过视觉传感器获取熔池正面信息，并结合焊接电流信息，采用神经网络模型计算焊缝偏差和熔透状态。一方面，该方法需要大量实验数据来训练一个实用的神经网络模型，从而根据熔池正面信息正确地反映出熔透状态，当焊接工件厚度、弧长等工作条件变化时，需重新训练模型；另一方面，熔池正面获取的图像受到强烈弧光的干扰，因此信噪比低，且图像特征不稳定。《智能制造》上发表的论文“铝合金TIG焊缝背面宽度的智能控制研究”采取向焊缝背面照射结构光、用视觉传感器获取结构光信息、识别焊缝背面宽度的方法来进行焊接熔透质量检测。该方法获取的焊缝背面宽度为已凝固区域的焊缝背面宽度，会给焊接质量闭环控制系统引入延时环节，同时无法获取熔池和焊缝的整个轮廓形状，也无法获取焊缝对中情况，所反映的熔透信息较少。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提出一种基于视觉检测的焊接熔透质量实时控制方法。本发明对焊接工件背面的熔池热辐射、焊道坡口间隙透过的弧光进行视觉传感，与采用平行光构造出的熔池和焊缝背面的光影特征相结合，获取熔池背面特征宽度和熔池背面中心相对焊道中心线的位置偏移量，从而对焊接电流和焊枪相对焊道的位姿进行实时调节，实现对熔透质量的控制。本发明适用于焊接工件紧密对接、背部无衬垫情况下的打底焊和单层焊接。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于视觉检测的焊接熔透质量实时控制方法，步骤如下：

(1)在焊接工件背面放置带有红外高通滤光片的视觉传感器和平行光照明光源，开始焊接，视觉传感器采集焊道背面图像；

(2)在采集第奇数帧图像时获取熔池热辐射光信息和从焊道坡口间隙透过的弧光信息，根据热辐射光信息确定熔池背面中心所在区域，根据焊道坡口间隙透过的弧光信息计算焊道中心线位置；在采集第偶数帧图像时开启平行光照明光源，根据熔池和焊缝背面的凸起形成的光影特征，提取熔池和焊缝的背面轮廓，结合由第奇数帧图像得到的熔池背面中心所在区域，计算熔池背面中心位置和熔池背面特征宽度；

(3)计算熔池背面中心与焊道中心线之间的位置偏移量，根据熔池背面的特征宽度调节焊接电流，根据位置偏移量调节焊枪与焊道的相对位姿；回到步骤(2)，直至焊接结束。