一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，所述检测控制系统包括：视觉传感部分、嵌入式图像处理控制器、执行机构和焊接系统；所述焊接系统在焊接时，所述视觉传感部分，用于采集焊接图像；嵌入式图像处理控制器，对所述焊接图像进行处理，得到电弧长度检测值；并将所述长度检测值与给定电弧长度值进行比较，得到电弧长度偏差值；执行机构，根据电弧长度偏差值调整调整焊炬，以保持导电嘴与焊接工件之间的距离恒定。本发明专利技术提供的系统基于视觉的弧长检测和控制方案，具有精度高，结构简单，实时性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统
本专利技术涉及电弧长度检测控制系统，尤其涉及一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统。
技术介绍
锁孔深熔TIG焊是一种新型的中厚板焊接方法。锁孔深熔TIG焊焊接过程时，电弧长度变化对焊接稳定性的影响很大。如果弧长变化超过一定范围，焊接过程将变得不稳定。在焊接较长的平板对接焊缝时，由于大型钢板平面度较差，总存在一定的翘曲，因此整条待焊焊缝并不完全水平，而是在存在一定程度的高度偏差。同时，由于钨极的烧损、前道焊缝、熔池变化使弧长调节阻力不断变化，进而导致电弧长度也随之变化。为了保持焊接过程的稳定性，需要使弧长稳定在某一设定值附近。目前，焊接弧长检测通常采用电弧电压反馈、距离测量等方式进行弧长控制。当采用弧压检测方式时，需要使用霍尔传感器对电弧电压进行采集，并通过模数转换电路将电压信号由模拟信号转化为数字信号。由于模数转换电路易受焊接过程中的电磁干扰，所以采集的信号中往往包含了大量的干扰信号。另外，由于电压信号的变化是弧长变化的间接物理量，因此往往滞后于弧长变化，所以使用弧压反馈控制时，系统的实时性欠佳。当采用距离测量时，得到的是熔池区附近的焊件表面到导电嘴的距离，精度不高，同样需要易受干扰的模数转换电路。经上述可知，现有电弧长度检测控制技术中，存在易受干扰、信号滞后、精度不高等弊端。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种利用高动态范围相机采集焊接图像，并通过图像处理的方法检测电弧长度的锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，基于视觉的弧长检测和控制方案，具有精度高，结构简单，实时性强等优点。本专利技术的目的通过以下的技术方案来实现：一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，包括：视觉传感部分、嵌入式图像处理控制器、执行机构和焊接系统；所述焊接系统在弧焊接时，所述视觉传感部分，用于采集焊接图像；嵌入式图像处理控制器，对所述焊接图像进行处理，得到电弧长度检测值；并将所述长度检测值与给定电弧长度值进行比较，得到电弧长度偏差值；执行机构，根据电弧长度偏差值调整调整焊炬，以保持导电嘴与焊接工件之间的距离恒定。与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点：不需要额外的模数转换电路，抗干扰能力强；使用宽动态范围工业相机采集清晰的焊接图像，并在此基础上进行一系列的图像处理，从而检测电弧长度，具有精度高的优点；使用的工业相机实时采集焊接图像，并可快速检测电弧长度，与电弧电压反馈、距离测量等方式等传统弧长检测方法相比，具有实时性强的优点；采用了基于视觉传感的嵌入式架构，体积较小，成本较低。工业相机质量较轻，固定在焊炬上时，焊炬的可到达性较好。附图说明图1是锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统结构示意图；图2是图像处理控制器使用的DaVinci芯片示意图；图3是宽动态范围工业相机采集的焊接图像；图4是弧长检测图像处理算法步骤图；图5是弧长检测结果图；图6是锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统控制框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述。如图1所示，为锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统结构，包括视觉传感部分、嵌入式图像处理控制器、执行机构和焊接系统；所述焊接系统在弧焊接时，所述视觉传感部分，用于采集焊接图像；嵌入式图像处理控制器，对所述焊接图像进行处理，得到电弧长度检测值；并将所述长度检测值与给定电弧长度值进行比较，得到电弧长度偏差值；执行机构，根据电弧长度偏差值调整调整焊炬，以保持导电嘴与焊接工件之间的距离(CTWD，ContactTiptoWorkDistance)基本恒定，从而减少CTWD变化对焊接稳定性的影响。上述视觉传感部分由高动态范围工业相机、长焦距镜头和聚甲基丙烯酸甲酯保护镜片组成；所述聚甲基丙烯酸甲酯保护镜片安装在长焦距镜头前，以防止焊接过程中产生的意外飞溅污染镜头。上述嵌入式图像处理控制器采用DaVinci双核芯片，包括DSP核和ARM核(如图2所示)，其中，DSP核负责图像处理，提取电弧长度；ARM核按一定的时间间隔触发宽动态范围相机采集图像(采集的焊接图像如图3所示)；图像中电弧区域将为清晰，然后交由DSP核进行图像处理。上述得到电弧长度检测值的具体过程包括：采集的焊接图像经过集成在嵌入式图像处理控制器内部的图像处理算法得到电弧区域；然后通过搜索算法得到电弧区域的最高点和最低点，根据电弧区域的最高点和最低点确定电弧长度检测值(弧长检测结果如图5所示)。DSP核检测出电弧长度后，将该值传送回ARM核。ARM核将电弧长度检测值与预先设置的电弧长度给定值相比较，得到电弧长度偏差值，传送给检测控制器外的执行机构，由执行机构带动焊炬运动，从而保持CTWD基本恒定，减少CTWD变化对焊接稳定性的影响。检测控制系统控制框图如图6所示。上述算法主要处理步骤如图4(a、b和c)所述嵌入式图像处理控制器内部的图像处理算法包括：固定选取感兴趣区域、固定阈值二值化和形态学开运算，得到电弧区。搜索算法的伪代码如下：(1)求取电弧区的质心(2)由质心向上搜索(3)由质心向下搜索(4)电弧区的最高点和最低点之间的距离即为所求的电弧弧长。虽然本专利技术所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本专利技术而采用的实施方式，并非用以限定本专利技术。任何本专利技术所属
内的技术人员，在不脱离本专利技术所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本专利技术的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，其特征在于，所述检测控制系统包括：视觉传感部分、嵌入式图像处理控制器、执行机构和焊接系统；所述焊接系统在焊接时，所述视觉传感部分，用于采集焊接图像；嵌入式图像处理控制器，对所述焊接图像进行处理，得到电弧长度检测值；并将所述长度检测值与给定电弧长度值进行比较，得到电弧长度偏差值；执行机构，根据电弧长度偏差值调整调整焊炬，以保持导电嘴与焊接工件之间的距离恒定。

【技术特征摘要】
1.一种锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，其特征在于，所述检测控制系统包括：视觉传感部分、嵌入式图像处理控制器、执行机构和焊接系统；所述焊接系统在焊接时，所述视觉传感部分，用于采集焊接图像；嵌入式图像处理控制器，对所述焊接图像进行处理，得到电弧长度检测值；并将所述长度检测值与给定电弧长度值进行比较，得到电弧长度偏差值；执行机构，根据电弧长度偏差值调整调整焊炬，以保持导电嘴与焊接工件之间的距离恒定。2.如权利要求1所述的锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，其特征在于，所述视觉传感部分由高动态范围工业相机、长焦距镜头和聚甲基丙烯酸甲酯保护镜片组成；所述聚甲基丙烯酸甲酯保护镜片安装在长焦距镜头前。3.如权利要求1所述的锁孔深熔TIG焊电弧长度检测控制系统，其特征在于，所述嵌入式图像处理控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永华，郭波，刘志忠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44