CN101219498A - 视频摄像传感器tig焊焊缝自动跟踪与控制装置 - Google Patents

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李云峰
宫文彪
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Abstract

本发明是：视频摄像传感器TIG焊焊缝自动跟踪与控制装置。属于焊接过程质量实时传感与控制技术领域，主要是针对TIG(Tungsten inert gas)焊接方法，以弧光作为光源，针对TIG焊接材料及焊接参数的不同，采用中性减光片和窄带滤光片对弧光进行处理，采用视频摄像传感器作为检测元件，在焊接方向上超前于钨极10mm－30mm摄取焊缝图像，对焊缝视频信号进行处理，获得含有焊缝特征信号；采用51系列单片机对焊缝偏差进行分析、计算及处理输出，控制焊炬纠偏电动机，实现焊缝自动跟踪。跟踪精度高(±0.1mm)，能可靠识别多种材料的焊缝，响应速度快，设备安装、操作简单，可广泛应用于铜、铝、不锈钢、钛合金等材料的自动焊接中。

Description

视频摄像传感器TIG焊焊缝自动跟踪与控制装置
技术领域
本发明专利涉及焊接过程质量实时传感与控制技术领域中焊接对缝实时传感与控制，特别涉及视频摄像传感器TIG焊焊缝自动跟踪与控制装置。
背景技术
在焊接过程中确保焊炬自动跟踪焊缝对保证焊接质量，提高焊接自动化水平有着极其重要的实际意义，焊缝自动跟踪技术的关键是焊缝位置的传感方法，目前国内外倍受关注的是采用光学视觉传感器，如采用线阵CCD、面阵CCD等作为图像采集的核心部件。
TIG(Tungsten inert gas)焊接方法被广泛应用于铜、铝、不锈钢、钛合金等材料的焊接中，在其焊接过程中对钨极对缝精度要求很高，如焊偏将会产生咬边、未熔合、未焊透等焊接缺陷，严重降低产品质量和生产效率，若没有自动跟踪，对厚度较小的材料实现高质量、高速焊接很难实现。国外广为采用的是采用激光条纹作为辅助光源，采用视觉传感器进行传感，采用图像处理技术进行焊缝识别。国内在该方面研究有很多，目前未见实际应用实例。
专利内容
以弧光作为光源，针对TIG焊接材料及焊接参数的不同，采用中性减光片减弱弧光强度，采用窄带滤光片对透过减光片的弧光进行滤光，获得窄带焊缝反射弧光的信息。
采用视频摄像传感器作为检测元件，在焊接方向上超前于钨极10mm-30mm摄取焊缝图像。本专利采用的是2132C黑白视频摄像机(镜头采用：FS-LM2514)，该视频摄像机输出为PAL制式的标准视频信号，具有物美价廉、易购买等特点。
采用自主研究的主要由模拟电路构成的视频信号处理电路，对有视频摄像传感器输出的焊缝视频信号进行放大、滤波、动态平均值二值化处理、整形、限幅、取反等处理，获得含有焊缝特征的脉冲信号；
采用自主开发的主要由51系列单片机构成的电路，对焊缝偏差进行分析、计算及处理输出。在本电路中通过软件设计，以帧中心为基准判断焊缝偏差是否合理，计算出合理偏差的大小和方向，偏差方向以高/低电平形式输出，偏差大小以脉冲形式输出给焊炬纠偏交流伺服电机驱动器
将焊炬支撑机构固定于高精度电动滑移台上，采用交流伺服电机拖动滑移台，实现焊炬实时快速纠偏。
本专利特点：采用视频摄像传感器进行传感，无接触、无磨损，跟踪精度高(±0.1mm)，能可靠识别多种材料的焊缝，由于免去了大量的图像处理，因此响应速度非常快(40ms)，设备安装、操作简单，易维护，价格低廉，可广泛应用于铜、铝、不锈钢、钛合金等材料的自动焊接中。
附图说明
图1为专利技术结构框图；
图2为视频信号处理电原理图；
图3为焊缝偏差分析、计算及处理电原理图；
具体实施方式
如图1所示，本专利主要由减光滤光片、视频摄像传感器、手动滑移台、电动滑移台、视频信号处理电路、单片机电路、视频监视器、偏差显示电路、开关设定、稳压电源、交流伺服电机驱动器等部分构成。
基本工作原理是：透过减光滤光片，由摄像传感器实时摄取焊接电弧前方10-30mm的焊缝图像，传感器输出含有焊缝特征的标准PAL制式的视频信号，该视频信号被送入视频信号处理电路，同时也送入视频监视器进行显示。在视频信号处理电路中对焊缝视频信号进行放大、滤波、动态平均值二值化处理、整形、限幅、取反等处理，获得含有焊缝特征的脉冲信号。将该脉冲信号送入单片机电路，对焊缝偏差进行分析、计算及处理输出。在单片机电路中通过软件设计，以帧中心为基准判断焊缝偏差是否在合理范围，若不合理则执行报警程序；若合理则计算出焊缝偏差的大小和方向，偏差方向以高/低电平形式输出，偏差大小以脉冲形式输出给焊炬纠偏交流伺服电机驱动器，由交流伺服电机拖动电动滑移台，实现焊炬实时快速纠偏。
手动滑移台：作用是调整摄像传感器与焊炬之间的相对位置关系；
开关设定：作用包括手动/自动选择、电源开关、报警开关等；
偏差显示：作用是进行焊缝偏差大小的显示；
稳压电源：作用是提供低压稳压电源.

Claims (3)

1.采用黑白视频摄像传感器作为传感器，其特征是：价格低、易购买。
2.采用自主研究的主要由模拟电路构成的视频信号处理电路结构与原理，如图2所示。其特征是：对有视频摄像传感器输出的焊缝视频信号进行放大、滤波、动态平均值二值化处理、整形、限幅、取反等处理，获得含有焊缝特征的脉冲信号。
3.采用自主开发的主要由51系列单片机构成的焊缝偏差进行分析、计算及处理电路结构与原理，如图3所示。其特征是：对焊缝偏差进行分析、计算及处理输出，通过软件设计，以帧中心为基准判断焊缝偏差是否合理，计算出合理偏差的大小和方向，偏差方向以高/低电平形式输出，偏差大小以脉冲形式输出给焊炬纠偏交流伺服电机驱动器。
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