[發(fā)明專利]一種薄壁環(huán)縫端接質量在線監(jiān)測與缺陷定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711243863.1
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108067714B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 都東;洪宇翔;彭國棟;常保華;原璋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01N21/88;B23K9/32;B23K9/095
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種薄壁環(huán)縫端接質量在線監(jiān)測與缺陷定位方法，其特征在于，所述薄壁環(huán)縫端接質量在線監(jiān)測與缺陷定位采取如下系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括焊槍(1)、焊接電源(2)、旋轉工作臺(3)、焊件(4)和旋轉工作臺控制器(5)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括旋轉編碼器(6)、數(shù)據(jù)采集設備(7)、工控機(8)、熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)、圖像采集設備(10)和同步控制器(11)；所述熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)包括高倍放大光學系統(tǒng)(13)、濾光片(14)和工業(yè)相機(15)，所述工業(yè)相機(15)和所述濾光片(14)裝配在一起，所述濾光片(14)和所述高倍放大光學系統(tǒng)(13)裝配在一起；所述焊槍(1)通過焊接電纜連接所述焊接電源(2)的負極，所述焊接電源(2)的正極通過焊接電纜與所述旋轉工作臺(3)相連接；所述焊接電源(2)通過控制線與所述旋轉工作臺控制器(5)相連接；所述旋轉工作臺控制器(5)通過控制線與所述旋轉工作臺(3)相連接；所述旋轉編碼器(6)通過聯(lián)軸器與所述旋轉工作臺(3)的主動軸連接；所述旋轉編碼器(6)通過信號線與所述數(shù)據(jù)采集設備(7)相連接；所述數(shù)據(jù)采集設備(7)通過信號線與所述工控機(8)相連接；所述熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)通過信號線連接所述圖像采集設備(10)，所述圖像采集設備(10)通過信號線連接所述工控機(8)，所述工控機(8)通過控制線與所述同步控制器(11)相連接；所述同步控制器(11)與通過控制線分別與所述焊接電源(2)、數(shù)據(jù)采集設備(7)和熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)中的工業(yè)相機(15)相連接；所述同步控制器(11)通過軟件編程實現(xiàn)與工控機(8)、焊接電源(2)、熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)和數(shù)據(jù)采集設備(7)的通信和控制；

所述方法包括如下步驟：

1)開始焊接，同時旋轉工作臺(3)開始旋轉；焊接過程中焊槍(1)保持固定位置和姿態(tài)，焊件(4)和旋轉編碼器(6)隨旋轉工作臺(3)旋轉；

2)監(jiān)測開始，建立熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)的圖像坐標系UOV，使UOV的U軸正方向與焊接方向一致，采用同步控制器(11)同時觸發(fā)熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)和數(shù)據(jù)采集設備(7)；熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)從焊接熔池后方拍攝熔池區(qū)域，圖像采集設備(10)采集熔池瞬態(tài)圖像并傳輸至工控機(8)進行存儲并顯示，工控機(8)對每一幀圖像進行實時圖像處理提取熔池寬度w_max和熔池形心C在熔池顯微視覺傳感系統(tǒng)(9)的圖像坐標系UOV下的坐標(u_c,v_c)后存儲并顯示；數(shù)據(jù)采集設備(7)對旋轉編碼器(6)輸出信號進行同步采集，輸出旋轉工作臺(3)的角位移數(shù)據(jù)至工控機(8)進行存儲并顯示；

3)焊接結束，旋轉工作臺(3)停止旋轉，監(jiān)測結束，圖像采集設備(10)和數(shù)據(jù)采集設備(7) 停止采集，得到長度為n的熔池瞬態(tài)圖像序列{Gⁱ},i＝1,2,...,n、長度為n的熔池寬度序列和長度為n的熔池形心坐標序列其中，為熔池瞬態(tài)圖像序列{Gⁱ}中第i幀圖像Gⁱ的熔池寬度，和分別為熔池瞬態(tài)圖像序列{Gⁱ}中第i幀圖像Gⁱ的熔池形心C的U軸坐標和V軸坐標，n為焊接過程中采集到的圖像總幀數(shù)；

4)工控機(8)對已獲取的熔池寬度序列和熔池形心坐標序列中熔池形心U軸坐標序列分別進行濾波，得到濾波后的熔池寬度序列和濾波后的熔池形心U軸坐標序列

5)根據(jù)無缺陷焊接狀態(tài)下熔池寬度和熔池形心坐標監(jiān)測信號時域特征的統(tǒng)計結果，采用工控機(8)分別設置熔池寬度閾值和熔池形心U軸坐標閾值

6)對濾波后的熔池寬度序列進行谷值檢測，得到的谷值序列其中，k為檢測出的谷值總個數(shù)；將中每一項谷值與進行比較后，將數(shù)值小于的谷值所在時刻標記為缺陷出現(xiàn)時刻并存儲，即判斷該處存在局部未熔合或不連續(xù)焊縫；對濾波后的熔池形心U軸坐標序列進行峰值檢測，得到的峰值序列其中，m為檢測出的峰值總個數(shù)；將中每一項峰值與進行比較后，將坐標值大于的坐標所在時刻標記為缺陷出現(xiàn)時刻并存儲，即判斷該處存在局部未熔合或不連續(xù)焊縫；

7)依時間先后順序檢測所有已標記為缺陷出現(xiàn)時刻的時刻中是否存在相鄰兩時刻的時間間隔小于q，若存在任意兩相鄰時刻的時間間隔小于q，則將該兩時刻中的后一時刻的標記取消，其中，q＝σ·Δt，σ為取值大于1小于10的正整數(shù)，Δt為圖像采集設備的采樣間隔；否則則進入步驟8)；

8)檢索并記錄每一個已標記為缺陷出現(xiàn)時刻的時刻所對應的旋轉工作臺（3）的角位移數(shù)據(jù)，并標記為缺陷位置。