CN101870030A - 外加辅助光源的铝合金tig焊反面熔池视觉图像检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置与方法，涉及一种焊接图像检测的装置与方法，解决了现有的铝合金TIG焊过程中，难以获取清晰反面熔池图像的问题。所述装置照明灯和CCD摄像机分别设置在工作台的下方两侧，CCD摄像机和照明灯设置位置满足反射定律，CCD摄像机与图像采集卡相连，图像采集卡与工控一体机相连。所述方法的过程如下：保持CCD摄像机和照明灯的相对位置不变，并且保持CCD摄像机和照明灯与工作台的距离不变，CCD摄像机和照明灯沿焊缝移动，CCD摄像机和照明灯移动速度与钨极氩弧焊焊枪移动速度相同，并且拍摄铝合金TIG焊反面熔池图片。本发明适用于获取铝合金TIG焊反面熔池清晰图像。

Description

外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种焊接图像检测的装置与方法。

背景技术

TIG焊为惰性气体钨极保护焊，它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（如果使用填充焊丝）的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体可采用氩气、氦气或氩氦混合气体。在特殊应用场合，可添加小量的氢。

由于TIG焊熔深浅，熔敷速度小，并且钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，渣成污染，所以在铝合金TIG焊接过程中，反面熔池的检测是一个重要问题，但是鉴于铝合金焊接时液态的熔池金属与固体母材没有颜色的变化，倘若只使用一般的CCD摄像机，得到的图像中熔池与母材界线不清楚。考虑到熔化的熔池金属与固体母材对光线的反射方式有所不同，熔池金属产生镜面反射，固体母材产生漫反射，若在工件背面安放CCD摄像机的同时，从一定的方向上人为提供照明光源，由于熔池金属产生镜面反射，并且呈现圆弧状，进入到CCD摄像机中的光线较少，固体母材产生漫反射，进入到CCD摄像机中的光线比较多，那么就可以在CCD摄像机中产生焊缝区域暗淡，固体母材区域明亮的清晰图像，从而得到熔池与母材界线分明的背面熔池照片。

发明内容

本发明为了解决现有的铝合金TIG焊过程中，难以获取清晰反面熔池图像的问题，提出一种外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置与方法。

 外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，它由照明灯、CCD摄像机、图像采集卡和工控一体机组成，所述照明灯和CCD摄像机均设置在工作台的下方，CCD摄像机用于采集焊缝区域的图像，照明灯用于为CCD摄像机提供辅助照明，CCD摄像机的图像信号输出端与图像采集卡的图像信号输入端相连，图像采集卡的信号输出端与工控一体机的信号输入端相连。

使用外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置实现图像检测的方法，具体过程如下：铝合金TIG焊接之前，调整CCD摄像机的位置，使钨极氩弧焊焊枪枪尖位于CCD摄像机拍摄图像的取像区域内，所述取像区域为CCD摄像机拍摄图像的中心区域；

启动铝合金TIG焊接后，保持CCD摄像机、照明灯和钨极氩弧焊焊枪的相对位置不变，所述CCD摄像机连续拍摄铝合金TIG焊反面熔池的图像，并将所述图像信息通过图像采集卡发送给工控一体机。

本发明利用液态熔池和固态母材表面反射特性的不同，液态金属产生镜面反射，固态母材产生漫反射，提出了一种在工作台背面安放CCD摄像机的同时，从一定的方向与角度提供额外照明光线的方法，利用本发明可以得到清晰地TIG焊反面熔池图像，解决了铝合金TIG焊反面熔池清晰图像获取困难的问题。

附图说明

图1为外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置的结构示意图。图2为照明灯2发出光的反射路径示意图，其中光线R为熔池对照射光线的镜面反射光线，光线M为焊缝边缘未熔化母材对照射光线的漫反射光线。图3为拍摄的铝合金TIG焊反面熔池图片。图4为取像区域a的示意图。图5为取像区域a的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1、图2和图3说明本实施方式，外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，它由照明灯2、CCD摄像机3、图像采集卡5和工控一体机6组成，所述照明灯2和CCD摄像机3均设置在工作台4的下方，CCD摄像机3用于采集焊缝区域的图像，照明灯2用于为CCD摄像机3提供辅助照明，CCD摄像机3的图像信号输出端与图像采集卡5的图像信号输入端相连，图像采集卡5的信号输出端与工控一体机6的信号输入端相连。

具体实施方式二、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不用之处在于工控一体机6为台式计算机或笔记本计算机。

具体实施方式三、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不用之处在于工控一体机6为EWS-844一体化工作站。

具体实施方式四、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不用之处在于CCD摄像机3为黑白CCD摄像机。

CCD摄像机3和照明灯2连线方向与焊缝方向一致，并且照明灯2均匀的照射到焊缝区域，CCD摄像机3设置在照明灯2经过熔化焊缝反射光覆盖的范围内。

具体实施方式五、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不用之处在照明灯2发出的光均匀的照射到焊缝区域，CCD摄像机3设置位置为照明灯2发出的光被反面熔池镜面反射后的光覆盖范围之外。

具体实施方式六、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不用之处在于CCD摄像机3镜头的轴线与照明灯2的轴线组成的平面垂直于工作台4，并且焊缝为CCD摄像机3的轴线与照明灯2的轴线组成的平面与工作台4所在平面的垂线。

具体实施方式七、使用外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置实现图像检测的方法，具体过程如下：铝合金TIG焊接之前，调整CCD摄像机3的位置，使钨极氩弧焊焊枪1枪尖位于CCD摄像机拍摄图像的取像区域a内，所述取像区域a为CCD摄像机拍摄图像的中心区域；

启动铝合金TIG焊接后，保持CCD摄像机3、照明灯2和钨极氩弧焊焊枪1的相对位置不变，所述CCD摄像机3连续拍摄铝合金TIG焊反面熔池的图像，并将所述图像信息通过图像采集卡5发送给工控一体机6。

本发明实现铝合金背面熔池实时检测的原理是：焊接开始前，没有熔池的存在，铝合金背面凸凹不平，其对照射光线的反射属于漫反射，因此，拍摄的图像灰度均匀并且明亮；当焊接开始后，焊缝金属熔化，由于熔化的金属表面光滑，对照射光线的反射属于镜面反射，如图2中镜面反射的光线R，只有照射到焊缝中间位置的光线可以进入到CCD摄像机3中，越往焊缝与母材的界线处，反射光线进入到CCD摄像机3中的可能性越小，而焊缝边上未熔化母材对照射光线的反射依然属于漫反射，如图2中漫反射的光线M，总是有一部分能够进入到CCD摄像机3中。这样一来，对于位置固定的CCD摄像机3而言，接收到的来自母材的反射光比熔池金属的反射光要多许多，从而表现出熔池区域图像比较灰暗，熔池周围母材区域比较明亮，形成了明显的区分界线，如图3所示。

具体实施方式八、结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七进一步说明，取像区域a为位于CCD摄像机3拍摄图像中心的1/9区域，即取像区域a的长为CCD摄像机3拍摄图像长的1/3，取像区域a的宽为CCD摄像机3拍摄图像宽的1/3。

具体实施方式九、结合图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七进一步说明，取像区域a为位于CCD摄像机3拍摄图像中心的一条直线，所述直线垂直于CCD摄像机3拍摄图像焊缝所在直线。

Claims (6)

1.外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，其特征在于它由照明灯(2)、CCD摄像机(3)、图像采集卡(5)和工控一体机(6)组成，所述照明灯(2)和CCD摄像机(3)均设置在工作台(4)的下方，CCD摄像机(3)用于采集焊缝区域的图像，照明灯(2)用于为CCD摄像机(3)提供辅助照明，CCD摄像机(3)的图像信号输出端与图像采集卡(5)的图像信号输入端相连，图像采集卡(5)的信号输出端与工控一体机(6)的信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，其特征在于工控一体机(6)为EWS-844一体化工作站。

3.根据权利要求1或2所述的外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，其特征在于CCD摄像机(3)为黑白CCD摄像机。

4.根据权利要求1所述的外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，其特征在于照明灯(2)发出的光均匀的照射到焊缝区域，CCD摄像机(3)设置位置为照明灯(2)发出的光被反面熔池镜面反射后的光覆盖范围之外。

5.根据权利要求1所述的外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置，其特征在于CCD摄像机(3)镜头的轴线与照明灯(2)的轴线组成的平面垂直于工作台(4)，并且焊缝为CCD摄像机(3)的轴线与照明灯(2)的轴线组成的平面与工作台(4)所在平面的垂线。

6.使用权利要求1所述的外加辅助光源的铝合金TIG焊反面熔池视觉图像检测装置实现图像检测的方法，其特征在于具体过程如下：铝合金TIG焊接之前，调整CCD摄像机(3)的位置，使钨极氩弧焊焊枪(1)枪尖位于CCD摄像机拍摄图像的取像区域(a)内，所述取像区域(a)为CCD摄像机拍摄图像的中心区域；

启动铝合金TIG焊接后，保持CCD摄像机(3)、照明灯(2)和钨极氩弧焊焊枪(1)的相对位置不变，所述CCD摄像机(3)连续拍摄铝合金TIG焊反面熔池的图像，并将所述图像信息通过图像采集卡(5)发送给工控一体机(6)。 

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