CN113029872A - 一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法及系统。本发明通过实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹，获取激光条纹变化情况；测量熄弧瞬间熔池温度场图像；将激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；根据图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及对图像中金属熔点等温线的宽度进行标定和测量以提取出熔池正面宽度；将熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。本发明可针对不同的焊接条件得到更加贴合实际的表面张力值，采样率高、信噪比高、设备简单。

Description

一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统

技术领域

本发明属于焊接过程检测的技术领域，尤其涉及一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统。

背景技术

焊接熔池液态金属的表面张力对熔池的金属凝固结晶及焊缝成形质量具有非常重要的影响，在实际焊接条件下，由于焊接工艺参数、工件散热条件及热量积累等多方面因素的影响，表面张力的值在随时发生着变化。受到焊接过程中光、电、磁、热的干扰，长期以来在实际焊接条件下进行表面张力的实时测量非常困难。

目前，针对高温液态金属表面张力的测量方法主要集中在静态法，即根据测定液体某一状态下的某些特征数值来计算得到表面张力，如最大泡压法、电磁悬浮法、拉筒法和静滴法等。但是这些方法只能对特定组元、温度等条件下的液态金属进行表面张力的测量且上述方法并不能适用于实际焊接熔池，所得到的结果与实际焊接条件下液态金属的表面张力存在较大的偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统，旨在解决非填丝、钨极氩弧焊(GTAW)、激光热导焊(LBW)等焊接熔池液态金属表面张力难以实时测量的问题。

本发明是这样实现的，一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法，该方法包括以下步骤：

S1、实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹；

获取所述激光条纹变化情况；

测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

S2、将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；

根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定和测量以提取出熔池正面宽度；

S3、将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。

优选地，在步骤S1中，所述发射光束为可调五线条纹与单线条纹，该光束与处于水平位置的熔池表面之间夹角为30°～50°。

优选地，在步骤S3中，所述模型为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

本发明进一步公开了一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统，该系统包括参数获取单元、参数处理单元以及表面张力计算单元；其中，

所述参数获取单元包括激光器、成像屏、红外测温仪以及高速摄像机；其中，所述激光器用于发射出五线或单线结构光束；

所述成像屏，用于实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹；

所述高速摄像机，用于获取成像屏上的所述激光条纹变化情况；

所述红外测温仪，用于测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

所述参数处理单元包括信号处理模块以及图像处理模块；其中，

所述信号处理模块，用于将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；

所述图像处理模块，用于根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及用于对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定和测量以提取出熔池正面宽度；

所述表面张力计算单元，用于将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。

优选地，所述熔池正上方设置有焊枪；其中，所述高速摄像机的摄像头正对成像屏，所述成像屏、激光器以焊枪为中心轴对称分布，所述激光器发射光束为可调五线条纹与单线条纹，且激光器发射光束与处于水平位置的熔池表面之间夹角为30°～50°；

所述红外测温仪的测温口对准熔池表面。

优选地，在所述表面张力计算单元中，所述模型为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

在本发明中，熔池振荡作为一种非常常见的熔池表面波动现象，当熔池未熔透时，熔池液态金属表面张力的平均值γ与熔池固有振荡频率f、熔池正面宽度B、熔池深度h及熔池液态金属平均密度ρ存在明确的定量关系，该关系式为：

其中，g为重力加速度。

在实际焊接过程中，由于熔池在未熔透状态下熔池的尺寸一般满足熔深与熔宽比大于0.2，即h/B＞0.2，此时有：

和：

为了便于计算，对关系式进行简化可得：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数(参考文献：[1]李春凯.基于激光视觉的GTAW熔池振荡行为解析[D].兰州理工大学,2018.)。

为使熔池产生规律的振荡现象，热源模式可采用脉冲模式。

将激光条纹投射到GTAW、LBW等焊接熔池表面，由于熔池表面具有类似镜面反射特性，激光条纹经熔池表面发生反射，且反射激光条纹对熔池振荡幅度有很好的光学放大作用，通过对激光条纹周期性的变化进行计数，可以提取出熔池振荡频率，在此基础上，再利用采集到的熔池振荡频率、熔池温度和熔池正面宽度，就可以计算出熔池的表面张力。

因此，为克服现有技术的不足，本发明基于熔池振荡频率、熔池温度及熔池正面宽度之间物理的对应关系，提供一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统，本发明通过将条纹型激光投射于熔池表面，经熔池表面反射到成像屏上，采用高速摄像机拍摄成像屏上激光条纹的亮度值变化情况，从而提取熔池振荡频率；此外，本发明采用红外摄像仪测量熄弧瞬间熔池表面温度，并对该时刻熔池温度场图像中金属熔点等温线的宽度进行标定，提取出熔池正面宽度；在此基础上，本发明将得到的熔池振荡频率、熔池表面温度以及熔池正面宽度的数据代入所建立模型中进行计算，最后得到熔池液态金属的表面张力。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明实现了实际焊接条件下非填丝、钨极氩弧焊(GTAW)、激光热导焊(LBW)等焊接熔池液态金属表面张力的实时测量，可针对不同的焊接条件，得到更加贴合实际的表面张力值，同时，本发明具有采样率高、信噪比高、设备简单等优点，有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例中实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例所示方法中步骤S2的流程示意图；

图3是本发明实施例中实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统的结构示意图；

图4是本发明应用实施例中304不锈钢TIG焊熄弧瞬间温度场的参考图像；

图5是根据图4所提取出的各像素点温度值，其中，熔点以上温度值，即熔池区为灰度区域，图中设定304不锈钢熔点为1450℃；

图6是熔池宽度标定图像。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例公开了一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1、实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹；获取所述激光条纹变化情况；测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

在步骤S1中，发射光束为可调五线条纹与单线条纹，该光束与处于水平位置的熔池表面之间夹角为30°～50°，该发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后并反射出激光条纹情况，该激光条纹进行投影处理能进行实时显示，获取该实时显示的投影影像能得到激光条纹变化情况。在实际应用过程中，激光条纹投影在成像屏上，通过高速摄像机获得成像屏上的激光条纹变化。

在步骤S1中，由于熔池温度场的测量受到电弧光的强烈干扰，需要在测量时熄灭电弧，利用红外测温仪获取熄弧瞬间熔池温度场的图像。

S2、将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定以提取出熔池正面宽度。

在步骤S2中，如图2所示，熔池振荡频率的获取过程具体为：将高速摄像机拍摄到的视频(激光条纹亮度值变化情况)输入到视频采集卡上，随后通过LABVIEW软件在视频采集卡中将视频峰亮度条纹、基值图像进行分离，分离的方法采用设定阈值法，阈值的大小根据实验获取的峰值阶段亮度值设定，提取出基值阶段激光条纹亮度值变化的时域信号后，通过傅里叶变换得到频域信号，并输出到数据采集卡(参考文献：[1]李春凯,石玗,顾玉芬,等.连续脉冲GTAW不同熔透状态熔池振荡频率特征及分析[J].机械工程学报,2016,52(20):44-50.[2]石玗,李春凯,顾玉芬,等.脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量[J].上海交通大学学报,2016,50(012):1910-1914.[3]李春凯,石玗,朱明,等.连续脉冲GTAW熔池振荡频率的检测及分析[J].焊接学报,2017,38(10):43-46.)。

在本发明实施例中，视频采集卡采用PCIe-1437帧接收器设备，可以实现板载可编程感兴趣区域、像素抽取、图像缩放以及查找表、集线器可连至端口等功能，完全满足本试验功能需求。

在步骤S2中，红外摄像仪拍摄到的图像输出到数据采集卡上，采用LABVIEW软件提取出熔池表面平均温度和熔池正面宽度。

其中，熔池表面平均温度是通过提取红外摄像仪拍摄图片的每个像素点上温度在金属熔点以上的值，并求其平均值而获得的。具体方法为：首先提取出每个温度在金属熔点以上的像素点，在图像中每个像素点上：

若T_i,j(k)≥T₀，令T_i,j(k)＝T_i,j(k)，a＝a+1；

若T_i,j(k)＜T₀，令T_i,j(k)＝0。

其中，i,j表示红外图像上像素点坐标，T_i,j(k)为(i,j)位置处像素点上的温度值，T₀为金属熔点温度，a为变量且a_初始＝0，用于计数。

然后求待提取像素点的平均值：

其中，

为提取到的熔池表面平均温度，m、n分别为红外图像在长度和宽度方向上像素点的个数。

熔池正面宽度是通过红外摄像仪拍摄图片上金属熔点等温线(即熔池轮廓曲线)的宽度进行标定而提取出的。具体操作为：如图6所示，利用红外摄像仪拍摄熔池图像，以图像左上角顶点为原点O、图像上边沿为X轴(右方向为正方向)，图像左边沿为Y轴(下方向为正方向)，建立直角坐标系XOY，该坐标系分别以像素点长、宽作为单位长度。找出熔池上平行于X轴的最大长度直线，该直线与熔池边缘相交于点A(X_A，Y_A)、B(X_B，Y_B)。同时采用高精度光学显微镜测量焊后熔池的实际最大宽度L。则单位像素点在X方向上的实际尺寸为：

由于线段AB平行于X轴，Y_A＝Y_B，该公式化简为：L＝w·(X_A-X_B)。

在后续试验过程中，若采集到熔池宽度方向上像素点个数(即红外摄像仪图片中宽度方向上高于熔点的像素点个数)为n，则熔池的实际宽度B＝n·w。

在本发明实施例中，数据采集卡采用PCI-6221数据采集卡，该数据采集卡最大采样率可达250KS/s，同时配置了16位模数转换器，采集精度高、实时性好。

S3、将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。

熔池振荡作为一种非常常见的熔池表面波动现象，当熔池未熔透时，熔池液态金属表面张力的平均值γ与熔池固有振荡频率f、熔池正面宽度B、熔池深度h及熔池液态金属平均密度ρ存在明确的定量关系，该关系式为：

将该关系式(1)简化为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

在步骤S3中，将上述步骤提取出到熔池表面平均温度和熔池正面宽度，连同输入的熔池振荡频率输出到计算机，通过上述模型(式(2))可以计算出熔池的表面张力。

实施例2

一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统，如图3所示，该系统包括参数获取单元、参数处理单元以及表面张力计算单元；其中，

所述参数获取单元包括成像屏1、红外测温仪2以及高速摄像机3以及激光器4；其中，

所述激光器4用于发射出五线或单线结构光束；

所述成像屏1，用于实时投影出激光器4发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池5表面后反射出的激光条纹；

所述高速摄像机3，用于获取成像屏1上的所述激光条纹变化情况；

所述红外测温仪2，用于测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

所述参数处理单元，包括信号处理模块以及图像处理模块；其中，

所述信号处理模块，用于将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；

所述图像处理模块，用于根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池5表面的平均温度，以及用于对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定以提取出熔池5正面宽度；

所述表面张力计算单元，用于将上述熔池振荡频率、熔池5表面的平均温度以及熔池5正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池5液态金属的表面张力。

在本发明实施例中，参数获取单元是与焊接系统结合使用的，该焊接系统包括焊枪6、固定架7以及焊接台，固定架7固定在焊接台上，固定架7中间安装焊枪6、两侧分别安装成像屏1与激光器4，而高速摄像机3镜头正对成像屏1，红外测温仪2正对熔池5，高速摄像机3与信号处理模块电信号连接，红外测温仪2与图像处理模块电信号连接，信号处理模块、图像处理模块均与表面张力计算单元连接；固定架7上放置工件8，该工件8位于焊枪6正下方。

在实际应用过程中，焊枪6对工件8进行焊接操作，工件8表面形成熔池5，激光器4对准该熔池5并发射激光束，发射光束为可调五线条纹与单线条纹，该光束与处于水平位置的熔池5表面之间夹角为30°～50°，该发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池5表面后并反射出激光条纹情况，该激光条纹进行投影处理能在成像屏1上进行实时显示，再通过高速摄像机3获取该实时显示的投影影像能得到激光条纹变化情况；与此同时熄灭电弧，利用正对熔池5的红外测温仪2测量熄弧瞬间熔池温度场图像。

信号处理模块将激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池5表面的平均温度，以及对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定以提取出熔池5正面宽度。如图2所示，熔池振荡频率的获取过程具体为：将高速摄像机3拍摄到的视频(激光条纹亮度值变化情况)输入到视频采集卡上，随后通过LABVIEW软件在视频采集卡中将视频峰亮度条纹、基值图像进行分离，分离的方法采用设定阈值法，阈值的大小根据实验获取的峰值阶段亮度值设定，提取出基值阶段激光条纹亮度值变化的时域信号后，通过傅里叶变换得到频域信号，并输出到数据采集卡(参考文献：[1]李春凯,石玗,顾玉芬,等.连续脉冲GTAW不同熔透状态熔池振荡频率特征及分析[J].机械工程学报,2016,52(20):44-50.[2]石玗,李春凯,顾玉芬,等.脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量[J].上海交通大学学报,2016,50(012):1910-1914.[3]李春凯,石玗,朱明,等.连续脉冲GTAW熔池振荡频率的检测及分析[J].焊接学报,2017,38(10):43-46.)。

在本发明实施例中，视频采集卡采用PCIe-1437帧接收器设备，可以实现板载可编程感兴趣区域、像素抽取、图像缩放以及查找表、集线器可连至端口等功能，完全满足本试验功能需求。

与此同时，红外摄像仪拍摄到的图像输出到数据采集卡上，图像处理模块采用LABVIEW软件提取出熔池5表面平均温度和熔池5正面宽度。其中，熔池5表面平均温度是通过提取红外摄像仪拍摄图片的每个像素点上温度在金属熔点以上的值，并求其平均值而获得的。熔池5正面宽度是通过红外摄像仪拍摄图片上金属熔点等温线(即熔池5轮廓曲线)的宽度进行标定而提取出的。具体操作为：利用红外摄像仪拍摄熔池图像，以图像左上角顶点为原点O、图像上边沿为X轴(右方向为正方向)，图像左边沿为Y轴(下方向为正方向)，建立直角坐标系XOY，该坐标系分别以像素点长、宽作为单位长度。找出熔池5上平行于X轴的最大长度直线，该直线与熔池5边缘相交于点A(X_A，Y_A)、B(X_B，Y_B)。同时采用高精度光学显微镜测量焊后熔池5的实际最大宽度L。则单位像素点在X方向上的实际尺寸为：

由于线段AB平行于X轴，Y_A＝Y_B，该公式化简为：L＝w·(X_A-X_B)。

在后续试验过程中，若采集到熔池5宽度方向上像素点个数(即红外摄像仪图片中宽度方向上高于熔点的像素点个数)为n，则熔池5的实际宽度B＝n·w。

在本发明实施例中，数据采集卡采用PCI-6221数据采集卡，该数据采集卡最大采样率可达250KS/s，同时配置了16位模数转换器，采集精度高、实时性好。

最后，表面张力计算单元将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池5正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。熔池振荡作为一种非常常见的熔池表面波动现象，当熔池5未熔透时，熔池液态金属表面张力的平均值γ与熔池固有振荡频率f、熔池正面宽度B、熔池深度h及熔池液态金属平均密度ρ存在明确的定量关系，该关系式为：

将该关系式(1)简化为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

在表面张力计算单元中，将提取出到熔池表面平均温度和熔池正面宽度，连同输入的熔池振荡频率输出到计算机，通过上述模型(式(2))可以计算出熔池5的表面张力。

应用实施例

本发明方法的测量精度需要进行检测计算，以304不锈钢为例，通过查阅标准手册可得304不锈钢的熔点密度ρ₀＝7.040×10³g·cm^-3，密度的温度系数α＝1.866g·cm^-3·℃^-1，熔点温度T₀＝1450℃。

如图4、图5所示，通过实验测得304不锈钢TIG焊熔池平均温度T＝(1520±10)℃，熔池宽度B＝(5±0.01)×10-³m，熔池振荡频率f＝(120±3.5)Hz。

首先根据所述模型，可推导出_γ＝285.9388B³f²-0.0547TB³f²。

计算结果的最大绝对误差为

计算结果的最大相对误差为

即该试验系统测得结果相对误差约为6.70％，单从误差方面来说，本发明与现有静态法测得值的误差相近。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹；

获取所述激光条纹变化情况；

测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

S2、将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；

根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定和测量以提取出熔池正面宽度；

S3、将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。

2.如权利要求1所述的实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述发射光束为可调五线条纹与单线条纹，该光束与处于水平位置的熔池表面之间夹角为30°～50°。

3.如权利要求1所述的实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述模型为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

4.一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统，其特征在于，该系统包括参数获取单元、参数处理单元以及表面张力计算单元；其中，

所述参数获取单元包括激光器、成像屏、红外测温仪以及高速摄像机；其中，

所述激光器用于发射出五线或单线结构光束；

所述成像屏，用于实时投影出激光器发射光束照射在产生熔池振荡现象的熔池表面后反射出的激光条纹；

所述高速摄像机，用于获取成像屏上的所述激光条纹变化情况；

所述红外测温仪，用于测量熄弧瞬间熔池温度场图像；

所述参数处理单元包括信号处理模块以及图像处理模块；其中，

所述信号处理模块，用于将所述激光条纹变化情况转化为熔池振荡时域信号，对该时域信号进行快速傅里叶变换提取出熔池振荡频率；

所述图像处理模块，用于根据所述图像中熔池温度场获得该温度场下熔池表面的平均温度，以及用于对所述图像中金属熔点等温线的宽度进行标定和测量以提取出熔池正面宽度；

所述表面张力计算单元，用于将上述熔池振荡频率、熔池表面的平均温度以及熔池正面宽度代入模型，获得当前时刻的焊接熔池液态金属的表面张力。

5.如权利要求4所述的实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统，其特征在于，所述熔池正上方设置有焊枪；其中，所述高速摄像机的摄像头正对成像屏，所述成像屏、激光器以焊枪为中心轴对称分布，所述激光器发射光束为可调五线条纹与单线条纹，且激光器发射光束与处于水平位置的熔池表面之间夹角为30°～50°；

所述红外测温仪的测温口对准熔池表面。

6.如权利要求5所述的实时测量焊接熔池液态金属表面张力的系统，其特征在于，在所述表面张力计算单元中，所述模型为：

其中，f为熔池固有振荡频率，B为熔池正面宽度，γ为熔池液态金属表面张力的平均值，ρ为熔池液态金属平均密度，ρ＝ρ₀+α(T-T₀)，其中，ρ₀为熔点温度下的液态金属密度，T₀为金属熔点温度，T为熔池表面液态金属平均温度，α为密度的温度系数。

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