CN2324538Y - 焊缝熔宽实时检测装置 - Google Patents

Abstract

一种焊缝熔宽实时检测装置,包括摄像机(2)、遮光管道(3)、计算机(4),在自动焊机的焊炬(5)的焊接区上方设置有一块隔热板(6),在隔热板(6)上有一小孔(601),在小孔(601)的后侧有一反光镜(7),在小孔(601)的另一侧设置一双波长滤光片(1)。本实用新型采用结构新颖的双波长滤光片,实现了图象比色测温,并建立了焊缝熔宽实时检测系统,具有结构简单、检测精度高的优点。

Description

焊缝熔宽实时检测装置

本实用新型涉及检测装置，特别是对于焊缝熔宽实时检测的装置。

随着石油化工工业和航天工业的发展，大型球罐和弹体的自动化焊接要求愈来愈迫切，由于它们的板厚一般都比较厚，需要多层焊接，因此自动焊接中遇到两个关键性问题：多层焊缝的记忆跟踪和焊缝熔宽的实时检测。目前国内自动化焊接仍处于试验研究阶段，而国外的自动化焊接装置，均需人工调节焊缝对中，仍需进一步解决自动跟踪和焊缝参数的自适应控制问题，其中焊缝熔宽的实时检测为急需解决的问题。

迄今已有很多研究工作者在焊接温度场方面作过深入的研究，通过测算焊接温度场可以得到焊缝的熔宽等信息，而且还可以对整个焊接过程进行全面的了解。

焊接温度场的检测主要有两种方法：即(1)热电偶测温；(2)红外测温。

从上述焊接温度场检测方法的研究现状可以看出，虽然在这方面进行了大量的工作，并取得很大的进展，但距离真正的应用还有较大距离。红外热辐射检测焊接温度场的最大问题在于标定以及标定之后测温结果还受材料、距离、表面状况等影响。

本实用新型的目的即在于针对上述自动焊接中仍需人工调节，未能解决焊缝熔宽的实时检测和自适应控制方面的问题，而提供一种采用双波长红外滤光片比色测温法的焊缝熔宽实时检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种焊缝熔宽实时检测装置，包括摄像机(2)、遮光管道(3)、计算机(4)和自动焊机的焊炬(5)，在焊炬(5)的焊接区上方设置有一块隔热板(6)，在隔热板(6)上有一小孔(601)，在小孔(601)的后侧有一反光镜(7)，在小孔(601)的另一侧设置有一双波长滤光片(1)。在摄像机(2)的镜头前面还设置有红外高通滤光片(8)。双波长滤光片(1)左半边是一种波长的滤光片，另一半是另一种波长的滤光片，两者组合成一个整体，中间是接缝。

本实用新型具有以下优点和效果：

1．采用结构新颖的双波长滤光片，并以此为基础建立了焊缝熔宽实时检测系统，实现了用单镜头进行图象比色测温，简化了整个测温系统。

2．完成了一套熔宽检测装置，能够在正面取得热辐射图象，便于实时检测熔宽，为焊缝熔宽控制奠定基础。

3．比色测温能排除中间介质，如烟雾、灰尘等对测量精度的影响，测温准确性在950℃～1150℃范围内，相对误差最大为3.9％，在高温段最大误差为2.9％，验证熔宽实时检测效果误差小于0.4mm。

附图的图面说明如下：

图1为本实用新型焊缝熔宽实时检测装置结构示意图

图2为图1的俯视图

图3为焊缝熔宽实时检测流程图

图4为双波长滤光片结构图

下面结合附图和实施例作进一步说明：

图1所示，该焊缝熔宽实时检测装置主要由双波长滤光片1、摄像机2、遮光管道3、计算机4、自动焊机的焊炬5所组成，由于电弧光的强烈辐射，摄像机不能直接对准焊接区摄进图象，在焊接区上方设置了一块隔热板6，在隔热板6上有一小孔601，小孔601的位置使得它的上方往焊接区看时，弧柱正好被焊炬5本身遮住，在小孔601后侧有一反光镜7，反光镜7的作用是使得在焊炬5后边的红热状态的焊缝金属的红外光线，通过小孔601向摄像机2反射(图中焊炬5上的箭头表示焊接进行方向)反射的红外谱线通过设置在小孔601另一侧的双波长滤光片1，再经过遮光管道3到摄像机2的镜头，图1中所示在摄像机2的镜头前面还设置有红外高通滤光片8，这样就可以摄取同一温度下近熔化区两种波长的红外图象。

双波长滤光片的结构设计如图4所示。图中左半边是一种波长的滤光片，另一半是另一种波长的滤光片，两者组合成一个整体，中间b-b是接缝，其中λ1=0.805μm,λ2=0.995μm。当用CCD摄像机摄取图象时，同时在一幅图象的两半边取得两种波长的图象。

该装置的主要功能为：

(1)从焊缝的正面摄取MIG焊接时近熔化区的双波长热辐射图象，速度为25帧/秒，此图象数据进入计算机内存并在监视器上实时显示。

(2)对图象数据进行实时处理，可实时检测出焊缝熔宽，每帧图象的处理时间小于0.3秒，满足对熔宽实时控制的要求，计算出熔宽的误差小于0.4mm。

(3)可显示和打印出各种伪着色图象，包括：原始灰度数据，滤波后的数据，近熔化区温度场，含熔化区的温度场，修正后的温度场等伪着色图象。

选用的CCD数字式摄像机，图象卡及计算机等主要设备装置及工作流程的情况如下。

1摄像装置

本装置主要关心焊接高温区即1000℃～1600℃的红外图象信息，而且主要关心的是焊接熔化区，即熔宽的情况。根据维恩位移定律，在此温度范围内，金属发射的最大光谱辐射出射度所对应的波长范围约为1.5～2.2μm，属于近红外段。从抗外界光源干扰的角度讲摄像装置应选择红外敏感的装置。CCD器件对0.4～1.1μm波长范围内的光均有响应，这就提供了CCD器件在近红外波段作为图象传感器获得红外辐射检测应用的前提。同时，它还具有对磁场不敏感，不存在几何变形等优点，另外它体积小、重量轻、价格也比较便宜。

在以上分析和初步实验的基础上，选用了台湾产的MEX1881型工业用黑白CCD摄像机，其基本参数如下：

 成像面积：7.95mm×6.45mm；

 象素数：795(水平)×596(垂直)；

 水平频率：15.625KHz；

 扫描系统：CCIR标准，625条线，50场/秒；

 信噪比：≥48dB；

 分辨率：600条电视水平线；

 2图象卡

 采用大恒公司的V512C型图象卡，该卡采用双口VRAM作帧存体，具有高速灵活的特点，计算机可以随时对帧存体访问。该卡为8位图象数据，即256级灰度图象，并带有512×512×8Bits的帧存。采集速度为：每帧1/25秒或1/30秒可选，采样频率为：10MHz或14MHz可选，8页3×256Byte的多用途查找表。配合上述摄像装置，采集速度选为：每帧1/25秒，采样频率为：10MHz，可以满足对熔宽实时检测的需要。

 3计算机

 由于图象信息的数据量很大，处理数据需要一定的时间，因此要选用配置比较高的计算机系统，以适应对熔宽实时检测的需要。本系统采用586计算机，其主频为60MHz，内存为8M，硬盘为420M。实际上，当只对图象局部数据作处理时，并不需要8M的内存，只要有1M的内存即可满足熔宽计算所需的空间。

 4熔宽实时检测工作流程

 上述图象比色测温系统可以每秒3帧的速度测得近熔化区的红外热辐射图象，当CCD摄像机摄取一幅图象后，经图象卡转换成图象灰度数据送入计算机，计算机对图象数据进行滤波处理，然后计算近熔化区的温度分布，再经计算得出熔宽。其工作流程如图3所示。

Claims (3)

1．一种焊缝熔宽实时检测装置，包括摄像机(2)、遮光管道(3)、计算机(4)和自动焊机的焊炬(5)，其特征在于：在焊炬(5)的焊接区上方设置有一块隔热板(6)，在隔热板(6)上有一小孔(601)，在小孔(601)的后侧有一反光镜(7)，在小孔(601)的另一侧设置有一双波长滤光片(1)。

2．根据权利要求1所述的焊缝熔宽实时检测装置，其特征在于：在摄像机(2)的镜头前面还设置有红外高通滤光片(8)。

3．根据权利要求1所述的焊缝熔宽实时检测装置，其特征在于：双波长滤光片(1)左半边是一种波长的滤光片，另一半是另一种波长的滤光片，两者组合成一个整体，中间是接缝。

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