CN210281077U - 对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，激光器通过光纤与聚焦头相连；拍摄模块集成安装于聚焦头，对焊接区域进行同轴检测；焊接作业过程中拍摄模块以一定频率同轴采集焊接区域图片，在工控模块中的图像采集卡对匙孔轮廓实时进行提取并计算匙孔左右边缘相对于激光对焦点的偏离距离L1和L2和Offset值，以Offset值判断焊偏状态及焊偏程度，同时拍摄画面通过监视器显示。本实用新型的拍摄CCD模块集成于聚焦头上，属于同轴检测，与聚焦头随动，装置相对简单，在作业现场易于布置；图像处理部分仅需对匙孔轮廓进行提取，故对于窄间隙焊接下在拍摄图片中对接间隙不明显的情况适用，且算法灵活性好，可对焊偏状态及焊偏程度准确、快速地识别。
Description
技术领域
本实用新型涉及盘式激光焊接技术领域，尤其涉及一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置。
背景技术
激光焊接作为一种高质量、高精度、高效率、变形小的焊接方法，以其具有热输入量小、焊缝深宽比大、焊接速度快、柔性好、自动化程度高等优点已经广泛应用于核能、造船业、航空航天、国防武器、汽车制造业和铁路车辆制造等行业，盘式激光器因其发光晶体采用Yb：YAG，因此盘式激光器发出的激光可用光纤传输，不仅可实现常规焊接，也可实现远程焊接，且因为碟片的结构特点，其可将热透镜效应降至最小，很容易获得高光束质量，因此给激光焊接工艺方面带来巨大的改进。在实现激光焊接自动化中，由于装配错误、设备精度等原因，入射激光偏离焊缝是一个需要克服的关键性问题，在焊接过程中进行实时的焊偏识别进而实现实时调整非常必要。另外，目前在精密加工场合，往往要求待焊的对接面预先精铣以实现窄间隙焊接，人眼及摄像头难以捕捉到对接间隙，这也给检测带来难度。
检索发现，目前该领域具有代表性的成果包括：
(1)专利《一种激光焊接焊缝跟踪实现装置及其控制方法》(申请号：200910012657.9)所述的焊缝跟踪方法是基于坡口或接头处的光纹信息完成的，其适用于对接处间隙较大的激光焊，现有机械制造工艺要求拼焊板之间对接间隙尽可能小，故该方法对于对接间隙微小的对接焊，在图像识别上难度较大，识别精度不足。专利《基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统及方法》(申请号：201711283153.1)也存在上述不足。
(2)专利《一种在线识别入射激光偏离状态的方法》(申请号：201410103456.0)提出了在焊接过程中采用高速相机拍摄光致等离子云图像，随后开展等离子云图像特征参数的计算等步骤来对焊偏进行识别，但其方法是建立在相机沿焊接方向固定在入射激光后方的基础上，在实际的工业现场上较难布置。
综上所述，目前对于窄间隙的激光对接板自熔焊的焊偏状态识别仍缺乏非常有效的手段。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，能对窄间隙激光焊接焊偏状态进行准确可行的检测。
为了实现上述目的，本实用新型采用集成有拍摄CCD模块的聚焦头，在焊接时对焊接区域进行同轴拍摄，采集的区域包括匙孔和熔池，将采集图片实时传送给工控模块中的图像采集卡，提取图像中的匙孔轮廓并测量左右边缘相对于激光对焦点的偏离距离L1和L2，以L1和L2的相对大小来识别焊偏状态。
本实用新型所采用的技术方案：一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，其中，实时识别装置结构包括激光器、光纤、聚焦头、拍摄模块、气体喷嘴、工控模块、监视器；所述的激光器通过光纤与聚焦头相连；拍摄模块集成安装于聚焦头，对焊接区域进行同轴检测，在拍摄模块前设置一片滤光片；聚焦头旁轴安装一个气体喷嘴，并且两者随动；拍摄模块与工控模块中的图像采集卡连接，其拍摄画面通过监视器显示。
在工控模块中对采集的图片进行提取匙孔轮廓的图像处理及运算。
本实用新型总体来看，本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型将拍摄CCD模块集成于聚焦头上，属于同轴检测，与聚焦头随动，装置相对简单，在作业现场易于布置。
2.本实用新型的图像处理部分仅需对匙孔轮廓进行提取，故对于窄间隙焊接下在拍摄图片中对接间隙不明显的情况适用。
3.本实用新型算法灵活性好，可对焊偏状态及焊偏程度准确、快速地识别。
附图说明
图1为本实用新型的装置图；
图2为本实用新型的实施例的施焊轨迹图；
图3为本实用新型的右焊偏示意图；
图4为本实用新型的无焊偏示意图；
图5为本实用新型的左焊偏示意图；
图6为本实用新型的图像处理步骤框图；
标号说明：1.激光器、2.光纤、3.聚焦头、4.拍摄模块、5.激光束、6.熔池、7.施焊轨迹、8.对接间隙、9.工件、10.气体喷嘴、11.工控模块、12.监视器、13.激光对焦点。
具体实施方式
下面将结合实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-5所示，一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，其中，实时识别装置结构包括激光器(1)、光纤(2)、聚焦头(3)、拍摄模块(4)、气体喷嘴(10)、工控模块(11)、监视器(12)；所述的激光器(1)通过光纤(2)与聚焦头(3)相连；拍摄模块(4)集成安装于聚焦头(3)，对焊接区域进行同轴检测，在拍摄模块(4)前安装一片532nm的带通滤光片，以消除焊接过程中的金属蒸汽的干扰因素；聚焦头(3)旁轴安装一个气体喷嘴(10)，并且两者随动，气体喷嘴(10)用于在焊接过程中对熔池区域施加惰性气体保护，改善焊缝质量；拍摄模块(4)与工控模块(11)中的图像采集卡(图未示)连接，其拍摄画面通过监视器(12)显示。
本实用新型的工作流程是：装夹工件，启动激光器(1)，激光通过光纤(2)再由聚焦头(3)聚焦后焊接工件，同时工件(9)向右移动以及气体喷嘴(10)释放保护气，焊接作业过程中拍摄模块(4)以一定频率同轴采集焊接区域图片，在工控模块(11)中的图像采集卡(图未示)对匙孔轮廓实时进行提取并计算匙孔左右边缘相对于激光对焦点(13)的偏离距离L1和L2，进一步计算Offset值，以Offset值判断焊偏状态及焊偏程度，同时拍摄画面通过监视器(12)显示。
本例中，焊接工艺参数设定为：激光器(1)为盘式激光器，功率6kw，材料为8mm厚的不锈钢板，焊接速度为2m/s，离焦量为-2mm，保护气为Ar气，气体流量为30L/min，拍摄模块(4)采样频率为5000fps，为了实现窄间隙对接，对接面预先铣削加工处理。激光束相对于工件的运动方向为图中标示方向V。焊接开始时，激光对焦点(13)相对于焊缝(8)的偏离距离为1mm，焊接结束时，激光对焦点(13)相对于焊缝(8)的偏离距离为-1mm，使得焊接过程中分为三段a、b、c，a段定义为右焊偏状态，b段定义为无焊偏状态，c段定义为左焊偏状态。(左焊偏和右焊偏的定义是：沿着焊接速度的逆方向观察，激光对焦点(13)位于对接间隙左侧为左焊偏，激光对焦点(13)位于对接间隙右侧为右焊偏)。
参考图6，提取匙孔轮廓的图像处理步骤为：
1.在焊接开始时激光入射在工件表面的第一时刻提取焊接入射点，即激光对焦点(13)，作为后续标定的基准。
2.对图像进行灰度化处理，
3.降噪处理，
4.图像灰度拉伸，
5.阈值分割，
6.开运算，
7.填充空洞，
8.测量匙孔左右边缘相对于激光对焦点(13)的偏离距离L1和L2，
9.计算Offset值，Offset＝L1-L2。
参考图3和6，结合左焊偏和右焊偏的定义：沿着焊接速度的逆方向观察，激光对焦点位于对接间隙左侧为左焊偏，激光对焦点位于对接间隙右侧为右焊偏。
当焊接处于a段右焊偏状态，提取的匙孔轮廓左边缘距离激光对焦点(13)的距离L1比提取的匙孔轮廓右边缘距离激光对焦点(13)的距离L2大，即Offset＝L1-L2＞0，故以Offset＞0来确定焊缝处于右焊偏状态，且Offset的绝对值越大，其焊偏越明显。
参考图4和6，当焊接处于b段无焊偏状态，提取的匙孔轮廓左边缘距离激光对焦点(13)的距离L1与提取的匙孔轮廓右边缘距离激光对焦点(13)的距离L2相等，即Offset＝L1-L2＝0，故以Offset＝0来确定焊缝处于无焊偏状态。
参考图5和6，当焊接处于c段左焊偏状态，提取的匙孔轮廓左边缘距离激光对焦点(13)的距离L1比提取的匙孔轮廓右边缘距离激光对焦点(13)的距离L2小，即Offset＝L1-L2＜0，故以Offset＜0来确定焊缝处于左焊偏状态，且Offset的绝对值越大，其焊偏越明显。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，其特征在于：实时识别装置结构包括激光器(1)、光纤(2)、聚焦头(3)、拍摄模块(4)、气体喷嘴(10)、工控模块(11)、监视器(12)；所述的激光器(1)通过光纤(2)与聚焦头(3)相连；拍摄模块(4)集成安装于聚焦头(3)，对焊接区域进行同轴检测，聚焦头(3)旁轴安装一个气体喷嘴(10)，并且两者随动；拍摄模块(4)与工控模块(11)中的图像采集卡连接；
在拍摄模块(4)前设置一片532nm的带通滤光片。
2.根据权利要求1所述的一种对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置，其特征在于：在工控模块中对采集的图片进行提取匙孔轮廓的图像处理及运算。
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| CN201821434189.5U CN210281077U (zh) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | 对窄间隙激光焊接焊偏状态的实时识别装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112756783A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-07 | 广东工业大学 | 一种激光焊接跟踪过程中焊接匙孔偏移量确定方法 |
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2018
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