CN105458490A - 一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统及监测方法 - Google Patents

一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统及监测方法，涉及激光深熔焊接技术检测领域。为了解决传统的焊接过程观测方法不能直观的判断出工件是否为穿透性深熔焊的问题。本发明利用图像采集卡将摄像机拍摄的图像信号采集到PC机；通过PC机首先在焊接过程稳定之后，摄像机对焊接过程进行图像采集；然后利用PC机对摄像机采集的图像进行预处理；最后根据步骤二中预处理的图像中的匙孔和熔池的形貌，判断是否是穿透性深熔焊。本发明的有益效果是利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法更加具有先进性和准确性，适用于激光深熔焊接技术的检测。

Description

一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及激光深熔焊接技术检测领域。
背景技术
激光焊接由于它的热源集中、焊接速度快、焊后工件变形小、自动化程度高等特性，使的它越来越被广泛的运用于工业生产中。而在实际焊接的过程中，全焊透是最为主要的焊接模式。
在激光深熔焊接中，由于匙孔和周围融化的金属始终处在一个高速复杂的运动中，利用各种传感设备来获得焊接过程中的信息也是研究焊接这个过程的重要手段。在传统的研究中，对于全熔透的焊接过程的检测时，通常采用在背面放置传感器的方法来实现，如利用光电二极管对背面喷射的等离子提的辐射进行检测或者是采用温度传感器来获得工件背面的温度，但是这种检测存在着两方面的问题：1，在工件背面放置传感器本身就存在技术困难；2，在一些匙孔不穿透工件的情况下仍然可以得到全焊透的焊缝。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的焊接过程观测方法不能直观的判断出工件是否为穿透性深熔焊的问题，提出一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统及监测方法。
本发明所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统，它包括图像采集卡、摄像机、变焦镜头、滤光系统、两个聚焦镜、双色镜、激光发射器和双色镜固定架；
图像采集卡的视频信号输入端连接摄像机的视频信号输出端；
图像采集卡的信息输出端连接PC机的信息输入端；
摄像机用于在激光深熔焊稳定过程中，对焊接过程进行图像采集；
变焦镜头固定在摄像机的镜头上，滤光系统固定在变焦镜头上；
双色镜固定架为两端开口的空心圆柱体，两个聚焦镜分别固定在空心圆柱体两端，双色镜固定架侧壁开有通光孔；
双色镜固定在双色镜固定架内部，通过通光口双色镜能够将从双色镜固定架下端入射的光反射到滤光系统上；
激光发射器位于双色镜固定架上端的正上方。
一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、启动实时监测系统和PC机，在焊接过程稳定之后，摄像机对焊接过程进行图像采集；
步骤二、利用PC机对摄像机采集的图像进行预处理；
步骤三、根据步骤二中预处理后的图像的匙孔和熔池的形貌，判断是否是穿透性深熔焊；
穿透性深熔焊为焊缝被匙孔完全穿透，穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为内、外两个圆，内圆为匙孔的中心的一个强度衰减的区域；熔池形貌为半个椭圆形；
未穿透性深熔焊为焊缝被匙孔未完全穿透，未穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为单个圆；未穿透性深熔焊的熔池形貌为整个椭圆形。
本发明的有益效果是采用图像观测法判断工件是否为全焊透，更加直观，同时能够监测激光焊接的全过程，让我们了解了熔池的空间特征，以及该特征随时间的变化而变化的过程，避免了在工件背面放置传感器，准确的判断出了是否是穿透性熔焊，利用高速摄像判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法更加具有先进性和准确性。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统结构示意图。
图2为具体实施方式二中的工件全熔透熔池预处理前形貌。
图3为具体实施方式二中的工件未全熔透熔池预处理前形貌。
图4为具体实施方式二中的工件全熔透熔池和匙孔预处理前形貌。
图5为具体实施方式二中的工件全熔透熔池和匙孔预处理后形貌。
图6为具体实施方式二中的工件全熔透匙孔预处理后形貌。
图7为具体实施方式二中的工件未全熔透匙孔预处理后形貌。
图8为具体实施方式二中的工件全熔透熔池预处理后形貌。
图9为具体实施方式二中的工件全熔透熔池预处理后形貌。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统，它包括图像采集卡2、摄像机3、变焦镜头4、滤光系统5、两个聚焦镜6、双色镜7、激光发射器8和双色镜固定架10；
图像采集卡2的视频信号输入端连接摄像机3的视频信号输出端；
图像采集卡2的信息输出端连接PC机1的信息输入端；利用图像采集卡2将摄像机3拍摄的图像信号采集到PC机1，以数据文件的形式保存到PC机1的硬盘中；
摄像机3用于在激光深熔焊稳定过程中，对焊接过程进行图像采集；
变焦镜头4固定在摄像机3的镜头上，变焦镜头4用于变换摄像机3的焦距，从而得到不同宽窄的视场角，而不需要改变摄像机3的拍摄距离，滤光系统5固定在变焦镜头4上，用于对摄像机3进行滤光；
双色镜固定架10为两端开口的空心圆柱体，两个聚焦镜6分别固定在空心圆柱体两端，双色镜固定架10侧壁开有通光孔；
双色镜7固定在双色镜固定架10内部，通过通光口双色镜7能够将从双色镜固定架10下端入射的光反射到滤光系统5上；
激光发射器8位于双色镜固定架10上端的正上方。
在本实施方式中利用摄像机3和图像采集卡2对激光深熔焊的全过程进行图像采集，利用PC机1对采集的图像进行储存和处理，达到直观的对激光焊接的全过程进行监测的目的，同时其监测结果具有先进性和准确性。
具体实施方式二：结合图2至图9说明本实施方式，本实施方式是基于具体实施方式一所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、启动实时监测系统和PC机1，在焊接过程稳定之后，摄像机3对焊接过程进行图像采集；
步骤二、利用PC机1对摄像机3采集的图像进行预处理；
步骤三、根据步骤二中预处理后的图像的匙孔和熔池的形貌，判断是否是穿透性深熔焊；
穿透性深熔焊为焊缝被匙孔完全穿透，穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为内、外两个圆，内圆为匙孔的中心的一个强度衰减的区域；熔池形貌为半个椭圆形；
未穿透性深熔焊为焊缝被匙孔未完全穿透，未穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为单个圆；未穿透性深熔焊的熔池形貌为整个椭圆形。
在本实施方式中在焊接过程稳定之后，摄像机3拍摄的工件9全熔透熔池预处理前形貌，如图2所示；摄像机3拍摄的工件9未全熔透熔池预处理前形貌，如图3所示；摄像机3拍摄的工件9全熔透熔池和匙孔预处理前形貌，如图4所示；摄像机3拍摄的工件9全熔透熔池和匙孔预处理后形貌，如图5所示；摄像机3拍摄的工件9全熔透匙孔预处理后形貌，如图6所示；摄像机3拍摄的工件9未全熔透匙孔预处理后形貌，如图7所示；摄像机3拍摄的工件9全熔透熔池预处理后形貌，如图8所示；摄像机3拍摄的工件9全熔透熔池预处理后形貌，如图9所示。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法进行解释说明，在本实施方式中，利用PC机1对摄像机3采集的图像进行预处理的方法为：
方法A：中值平滑滤波除噪；
方法B：同态滤波；
方法C：线性灰度变换图像增强。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法进行解释说明，在本实施方式中，中值平滑滤波除噪的具体方法为：
在图像画面任选一点为中心窗口，将中心窗口内所有的像素的灰度值按照从高到低的顺序排列，然后用中间灰度值作为中心窗口的灰度值，达到保护图像边缘并除去噪声的目的。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法进行解释说明，在本实施方式中，同态滤波的具体方法为：
通过图像的照明反射模型作为频域处理的基础，对灰度范围进行调整，增强图像的细节，并且保持量区的图像细节。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法进行解释说明，在本实施方式中，线性灰度变换图像增强的具体方法为：
根据图像的直方图来确定拉伸变换前的灰度区间，然后按照任何一方称关系拉伸或者压缩而变成变换后的灰值区间，扩展感兴趣的灰度范围，抑制不感兴趣的灰度区域。从而使得拉伸后的图像的灰度等级范围增大。

Claims (6)

1.一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统，其特征在于，它包括图像采集卡(2)、摄像机(3)、变焦镜头(4)、滤光系统(5)、两个聚焦镜(6)、双色镜(7)、激光发射器(8)和双色镜固定架(10)；
图像采集卡(2)的视频信号输入端连接摄像机(3)的视频信号输出端；
图像采集卡(2)的信息输出端连接PC机(1)的信息输入端；
摄像机(3)用于在激光深熔焊稳定过程中，对焊接过程进行图像采集；
变焦镜头(4)固定在摄像机(3)的镜头上，滤光系统(5)固定在变焦镜头(4)上；
双色镜固定架(10)为两端开口的空心圆柱体，两个聚焦镜(6)分别固定在空心圆柱体两端，双色镜固定架(10)侧壁开有通光孔；
双色镜(7)固定在双色镜固定架(10)内部，通过通光口双色镜(7)能够将从双色镜固定架(10)下端入射的光反射到滤光系统(5)上；
激光发射器(8)位于双色镜固定架(10)上端的正上方。
2.基于权利要求1所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、启动实时监测系统和PC机(1)，在焊接过程稳定之后，摄像机(3)对焊接过程进行图像采集；
步骤二、利用PC机(1)对摄像机(3)采集的图像进行预处理；
步骤三、根据步骤二中预处理后的图像的匙孔和熔池的形貌，判断是否是穿透性深熔焊；
穿透性深熔焊为焊缝被匙孔完全穿透，穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为内、外两个圆，内圆为匙孔的中心的一个强度衰减的区域；熔池形貌为半个椭圆形；
未穿透性深熔焊为焊缝被匙孔未完全穿透，未穿透性深熔焊在所述图像中的表现形式为：匙孔形貌为单个圆；未穿透性深熔焊的熔池形貌为整个椭圆形。
3.根据权利要求2所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，其特征在于，利用PC机(1)对摄像机(3)采集的图像进行预处理的方法为：
方法A：中值平滑滤波除噪；
方法B：同态滤波；
方法C：线性灰度变换图像增强。
4.根据权利要求3所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，其特征在于，中值平滑滤波除噪的具体方法为：
在图像画面任选一点为中心窗口，将中心窗口内所有的像素的灰度值按照从高到低的顺序排列，然后用中间灰度值作为中心窗口的灰度值，达到保护图像边缘并除去噪声的目的。
5.根据权利要求3所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，其特征在于，同态滤波的具体方法为：
通过图像的照明反射模型作为频域处理的基础，对灰度范围进行调整，增强图像的细节，并且保持量区的图像细节。
6.根据权利要求3所述的一种利用高速摄像机判断激光深熔焊焊接类型的实时监测系统的监测方法，其特征在于，线性灰度变换图像增强的具体方法为：
根据图像的直方图来确定拉伸变换前的灰度区间，然后按照任何一方称关系拉伸或者压缩而变成变换后的灰值区间，扩展感兴趣的灰度范围，抑制不感兴趣的灰度区域。
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