CN112756783A - 一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法，包括步骤：搭建一个用于视觉传感激光焊接焊缝跟踪的实验平台；在实验平台上，设置可以焊透焊接工件的工艺参数进行焊接试验，黑白摄像机拍摄熔池与匙孔图像；数据采集模块接收熔池与匙孔图像，并对每一帧图像的匙孔区域进行ROI提取，数据处理模块提高ROI图像的对比度，并对ROI图像进行分割和边缘检测，分割出完整且无杂质和噪点的匙孔图像；提取出匙孔的左、右边缘点，计算出左右边缘点与激光束之间的距离；计算得到每一帧图像中的匙孔偏移数据。本发明可以在焊接过程中有效获取完整熔池和匙孔图像，在此基础上可以对获取的图像进一步处理，得到焊缝的偏差结果。

Description

一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法。
背景技术
随着工业现代化和装备制造智能化的发展，焊接自动化技术已成为一种不可或缺的金属热加工技术。焊接自动化生产线具有较高的灵活性和柔性，因此要求能对焊缝进行实时测查，检测焊缝偏差，调节焊接参数和焊接路径等，实现焊接自主智能控制，保障焊缝质量。传感技术是焊缝跟踪的前提,根据传感器的不同焊缝跟踪系统可分为超声传感、电弧传感和视觉传感等。超声传感频率都相对固定，频域范围不广；电弧传感适合低成本焊接过程自动化需求,但是电流、电压变化和电弧长度之间的精确模型难以建立，并且不适用于激光焊接。
视觉传感技术获取焊缝特征信息,具有信息量大、灵敏度高、测量精度高、与工件非接触的优点，是最有发展前途的传感技术。焊接自动化技术的关键就是焊缝的实时跟踪问题，而实现焊缝跟踪首先要获取焊缝的偏差。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法，包括
步骤1：搭建一个用于视觉传感激光焊接焊缝跟踪的实验平台，所述实验平台包括一个激光源；一个安装在六轴机器人上的激光头；设置于焊接区上方的黑白摄像机，所述黑白摄像机结合滤光片，通过一定角度的倾斜拍摄焊接工件上方的匙孔与熔池，视场中心为匙孔位置；连接所述黑白摄像机的数据采集模块，所述数据采集模块用于获取所述黑白摄像机的图像信号；连接所述数据采集模块的数据处理模块；
步骤2：在所述实验平台上，设置可以焊透焊接工件的工艺参数进行焊接试验，所述黑白摄像机拍摄熔池与匙孔图像；
步骤3：所述数据采集模块接收所述黑白摄像机拍摄的熔池与匙孔图像，并对每一帧图像的匙孔区域进行ROI(Region Of Interest，感兴趣区域)提取，所述数据处理模块提高ROI图像的对比度，并对ROI图像进行分割和边缘检测，分割出完整且无杂质和噪点的匙孔图像；
步骤4：根据步骤3获取到的完整且无杂质和噪点的匙孔图像，通过搜索匙孔边缘与穿过激光束并垂直于焊接方向的直线的交点，提取出匙孔的左、右边缘点，计算出左右边缘点与激光束之间的距离；
步骤5：定义Distance of Left Edge为左边缘点到激光束的距离，Distance ofRight Edge为右边缘点到激光束的距离，Keyhole Offset为匙孔上部开口对称中心与激光焦点的偏移量，简称为匙孔偏移，则匙孔偏移的计算公式为Keyhole Offset＝Distance ofLeft Edge-Distance of Right Edge，据此公式计算得到每一帧图像中的匙孔偏移数据。
进一步地，步骤1中所述激光源为高功率盘式激光源。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明可以在焊接过程中有效获取完整熔池和匙孔图像，在此基础上可以对获取的图像进一步处理，得到焊缝的偏差结果。
附图说明
图1是本发明一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法流程图；
图2是本发明一个实施例中激光焊接焊缝跟踪流程图；
图3是图2的实施例获得的匙孔偏移时域图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法，包括
步骤1：搭建一个用于视觉传感激光焊接焊缝跟踪的实验平台，所述实验平台包括一个激光源；一个安装在六轴机器人上的激光头；设置于焊接区上方的黑白摄像机，所述黑白摄像机结合滤光片，通过一定角度的倾斜拍摄焊接工件上方的匙孔与熔池，视场中心为匙孔位置；连接所述黑白摄像机的数据采集模块，所述数据采集模块用于获取所述黑白摄像机的图像信号；连接所述数据采集模块的数据处理模块；
步骤2：在所述实验平台上，设置可以焊透焊接工件的工艺参数进行焊接试验，所述黑白摄像机拍摄熔池与匙孔图像；
步骤3：所述数据采集模块接收所述黑白摄像机拍摄的熔池与匙孔图像，并对每一帧图像的匙孔区域进行ROI(Region OfInterest，感兴趣区域)提取，所述数据处理模块提高ROI图像的对比度，这样会使匙孔区域更加明显；对ROI图像进行分割和边缘检测，分割出完整且无杂质和噪点的匙孔图像；
步骤4：根据步骤3获取到的完整且无杂质和噪点的匙孔图像，通过搜索匙孔边缘与穿过激光束并垂直于焊接方向的直线的交点，提取出匙孔的左、右边缘点，计算出左右边缘点与激光束之间的距离；因为整个焊接过程激光束和相机之间的相对位置没有改变，所以激光束的位置是可以在焊接前获得的；
步骤5：定义Distance of Left Edge为左边缘点到激光束的距离，Distance ofRight Edge为右边缘点到激光束的距离，Keyhole Offset为匙孔上部开口对称中心与激光焦点的偏移量，简称为匙孔偏移，则匙孔偏移的计算公式为Keyhole Offset＝Distance ofLeft Edge-Distance of Right Edge，据此公式计算得到每一帧图像中的匙孔偏移数据。
在本发明的一个实施例中，所述数据处理模块为计算机。实施例的实施过程如图2所示，在本实施例中，在焊接前预设焊接工艺参数保证工件焊透，参数为：激光功率6kw，焊接速度1.5m/min，离焦量-3mm，氩气作保护气30L/min。并且设置激光聚焦位置偏离焊缝中心线，即设置开始焊接时激光偏移焊缝2mm，结束焊接时激光偏移焊缝-3mm(向左为正)，焊接时使激光聚焦位置从开始的2mm均匀线性变化到结束时的-3mm，以使焊接过程能够出现焊缝偏离的情况。
焊接过程中，激光与焊接工件剧烈作用，工件表面金属熔化产生熔池和匙孔，黑白摄像机拍摄熔池匙孔图像传入数据采集模块，再经计算机进行图像处理后提取匙孔偏移。
图像处理提取匙孔偏移的具体步骤为：黑白摄像机拍摄到焊接过程的熔池匙孔图像，首先对每一帧图像进行ROI(感兴趣区域)提取，获得较小范围的匙孔图像；此时匙孔图像比较暗淡，不易识别，因此对其进行对比度拉伸，提高匙孔图像的对比度，使匙孔区域更加明显；此时图像中还有其他杂质和噪点，可对图像进行分割和边缘检测，分割出完整且无杂质和噪点的匙孔图像。
整个焊接过程激光束和相机之间的相对位置没有改变，因此可以在焊接前获得激光束的位置。基于上述完整且无杂质和噪点的匙孔图像，通过搜索匙孔边缘与穿过激光束并垂直于焊接方向的直线的交点，提取出匙孔的左、右边缘点，计算出左右边缘点与激光束之间的距离。定义Distance of Left Edge为左边缘点到激光束的距离，Distance ofRight Edge为右边缘点到激光束的距离，Keyhole Offset为匙孔偏移，则匙孔偏移的计算公式为Keyhole Offset＝Distance of Left Edge-Distance ofRight Edge，据此公式计算得到每一帧图像的匙孔偏移大小。
本实施例焊接试验中匙孔图像的匙孔偏移数据如图3所示。Keyhole Offset数据的众数为2，单位为像素。由于该众数与0十分接近，可认为一般焊接过程中，匙孔上部开口对称中心即激光焦点位置，即大部分时间内焊缝是没有偏离的。当Keyhole Offset<0，表明左边缘点到激光焦点的距离小于右边缘点到激光焦点的距离，此时工件表面匙孔对称中心位于激光焦点右方，即焊缝向右边偏移了；当Keyhole Offset>0，表明左边缘点到激光焦点的距离大于右边缘点到激光焦点的距离，此时工件表面匙孔对称中心位于激光焦点左方，即焊缝向左边偏移了。
后续计算机可将最终图像处理得到的匙孔偏移Keyhole Offset作为控制输入信号，输入给焊缝纠偏控制器，并且设置Keyhole Offset的上限数值，当计算机获取的实时Keyhole Offset值超出上限，即可令焊缝纠偏控制器发出控制信号，朝着Keyhole Offset趋于0的方向调整位置，据此可完成大功率激光焊接跟踪过程中焊缝偏差的修正。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法，其特征在于，包括
步骤1：搭建一个用于视觉传感激光焊接焊缝跟踪的实验平台，所述实验平台包括一个激光源；一个安装在六轴机器人上的激光头；设置于焊接区上方的黑白摄像机，所述黑白摄像机结合滤光片，通过一定角度的倾斜拍摄焊接工件上方的匙孔与熔池，视场中心为匙孔位置；连接所述黑白摄像机的数据采集模块，所述数据采集模块用于获取所述黑白摄像机的图像信号；连接所述数据采集模块的数据处理模块；
步骤2：在所述实验平台上，设置可以焊透焊接工件的工艺参数进行焊接试验，所述黑白摄像机拍摄熔池与匙孔图像；
步骤3：所述数据采集模块接收所述黑白摄像机拍摄的熔池与匙孔图像，并对每一帧图像的匙孔区域进行ROI提取，所述数据处理模块提高ROI图像的对比度，并对ROI图像进行分割和边缘检测，分割出完整且无杂质和噪点的匙孔图像；
步骤4：根据步骤3获取到的完整且无杂质和噪点的匙孔图像，通过搜索匙孔边缘与穿过激光束并垂直于焊接方向的直线的交点，提取出匙孔的左、右边缘点，计算出左右边缘点与激光束之间的距离；
步骤5：定义Distance of Left Edge为左边缘点到激光束的距离，Distance of RightEdge为右边缘点到激光束的距离，Keyhole Offset为匙孔上部开口对称中心与激光焦点的偏移量，简称为匙孔偏移，则匙孔偏移的计算公式为Keyhole Offset＝Distance of LeftEdge-Distance of Right Edge，据此公式计算得到每一帧图像中的匙孔偏移数据。
2.如权利要求1所述的激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法，其特征在于，步骤1中所述激光源为高功率盘式激光源。
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