[發明專利]基于視覺傳感的旋轉電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法

有效

• 申請號: 201310375369.6
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103464869A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 黎文航;高凱;王加友;楊峰;朱杰
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K9/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種基于視覺傳感的旋轉電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法，屬于焊接自動化技術領域。

背景技術

旋轉電弧窄間隙MAG焊焊接，作為一種高效的焊接技術，具有坡口形狀簡單、焊縫截面積小、焊接效率高、能耗少、焊接熱輸入量低、焊接熱影響區小、接頭韌性好等優點，在中厚板焊接領域受到廣泛的應用。為保證焊接質量，使坡口兩側壁均勻熔透，需要保證焊炬的電弧中心與工件坡口中心的嚴格對中。因此在焊接過程中，需要進行實時有效的跟蹤控制，其關鍵是能實時可靠地提取焊縫偏差。

目前常用的傳感器有以下幾種類型：機械傳感器、電磁感應式傳感器、超聲傳感器、焊接溫度場傳感器、CCD視覺傳感器、電弧傳感等。其中，視覺傳感器因其具有與工件不接觸、信息量大、抗電磁干擾能力強、靈敏度高、適用坡口形式多等優點，被認為是一種最有發展前景的傳感方法，在焊接領域得到了廣泛的應用。

利用視覺傳感進行焊縫跟蹤，關鍵是獲取清晰的圖像并通過有效算法確定偏差信息。關于窄間隙焊接的視覺傳感技術研究并不多，在文獻“基于面陣CCD圖像處理的窄間隙焊自動跟蹤系統”（張富巨等，焊接技術，2000年，第29卷，第6期，36～37頁）中，提出一種基于面陣CCD圖像處理的窄間隙自動跟蹤系統，該系統利用弧光的作用，使坡口內部近坡口棱邊處（無焊槍遮擋部分）呈現出幾乎一致的白色，在坡口外的工件表面和棱邊處呈現出一致的黑色。通過計算機白色條紋到窗口邊緣的距離與標定的距離差，實現窄間隙焊縫跟蹤。該方法采集的圖像不是直接的電弧區域圖像，即傳感檢測位置與電弧實際位置不同步，降低了傳感檢測精度；在文獻“一種窄間隙焊接被動光視覺傳感器的研究”（許平非等，電焊機，2010年，第40卷，第3期，37～39頁）中，提出一種窄間隙紅外CCD視覺傳感系統，該系統利用紅外CCD攝像機，配用中心波長為920nm的窄帶濾光片，采集焊接區域圖像，來觀測窄間隙焊接過程。該方法僅進行窄間隙焊接過程的實時監測，未見實現焊縫的同步跟蹤控制。在文獻“鋼軌窄間隙弧焊焊槍自動糾偏系統”（劉正文等，焊接學報，2011年，第32卷，第5期，45～48頁）中，提出一種雙視覺傳感的焊槍擺動控制方法，通過采集熔池區圖像，實時計算焊絲端部的擺動偏差和擺角偏差，并對焊槍擺動進行反饋控制。該方法只適用于頻率較低的擺動電弧窄間隙焊接，對高頻率的旋轉電弧并不適用。在文獻“基于雙視覺的窄間隙焊熔池特征分析”（顧網平等，焊接技術，2013年，第42卷，第2期，14～16頁）中，設計了一種窄間隙多視覺焊接熔池采集系統，針對采集的熔池圖像特點，提出了特征提取圖像處理方法。該方法只提取并研究了熔池圖像特征，并未對焊接過程實時監測和進行偏差提取。

已有授權的專利中，清華大學的鄭軍，潘際鑾在專利“基于視覺檢測的窄間隙電弧焊接在線決策方法”（申請號：200910076527.1）中，提出一種焊槍偏移調整方法，通過CCD視覺傳感器監測電弧擺動幅度中心和焊縫寬度中心，當監測到電弧擺動中心與焊縫中心不重合時，即對焊槍位置進行調整。該方法只針對擺動電弧應用場合，工藝使用范圍窄，需要通過多次邊緣和位置檢測才能獲取焊縫偏差信息，圖像處理工作量大，影響焊縫跟蹤控制的實時性；哈爾濱工業大學的雷正龍，陳彥賓等在專利“基于掃描式激光視覺傳感的厚板窄間隙深坡口激光自動化多層焊焊接方法”（申請號：201210213371.9）中，提出一種視覺傳感方法，該方法是基于主動視覺，只適用于厚板。江蘇科技大學的王加友，朱杰等在專利“基于紅外視覺傳感的窄間隙焊接監控及焊縫偏差檢測方法”（申請號：201210325926.9）中，以窄間隙焊接電弧光和熔池自身輻射光作為光源，利用紅外窄帶濾光系統濾除干擾信號并調節光強，計算機實時采集并顯示紅外CMOS攝像機獲取的焊接圖像。通過圖像截取窗口截取遠離電弧側的圖像進行處理，并通過提取坡口單側邊緣來獲取焊縫偏差信息。該方法只適用于頻率較低的擺動電弧，對高頻率的旋轉電弧焊接并不適用，而且并未獲取焊接時完整圖像，沒有提取坡口邊緣，電弧位置等典型焊接過程信息，不利于焊接過程的實時監測及后續的焊縫跟蹤的研究。

發明內容

本發明的目的是針對上述視覺傳感應用中普遍存在的問題和缺陷，提出一種基于視覺傳感的旋轉電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法。在視覺傳感硬件組成的基礎上提供一種算法效率高，更加可靠的偏差提取方法。本發明是采用CCD攝像機并通過觸發采樣方式準確獲取每個電弧旋轉周期內，電弧旋轉到坡口左、右位置的焊接圖像，并快速檢測兩幅圖的電弧、左右坡口位置來獲取焊縫偏差。