图像获取装置及参数确定方法制造方法及图纸

本公开涉及一种图像获取装置及参数确定方法，所述装置用于获取焊接熔池的图像，所述装置包括：图像采集模块，用于采集图像；滤光模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括窄带滤光片，用于滤除辐射光，所述窄带滤光片的中心波长与所述图像采集模块的光谱响应、焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱具有相关关系；衰减模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括光学衰减片，用于衰减辐射光。本公开实施例可以在确保图像采集模块具有较高信噪比、感光灵敏度的情况下较好地滤除熔池的高温热辐射及电弧的高辐射弧光干扰，使得采集的图像光强均一化，避免出现大面积过曝光现象，进而实现对熔池区域进行高质量观测。进而实现对熔池区域进行高质量观测。进而实现对熔池区域进行高质量观测。

【技术实现步骤摘要】
图像获取装置及参数确定方法


[0001]本公开涉及光学
，尤其涉及一种图像获取装置及参数确定方法。

技术介绍

[0002]焊接是现代工业和制造业中必不可缺的关键加工技术，焊接过程涉及复杂材料、物理、化学、力学等耦合行为。工业的发展对焊接工艺和质量提出了更高的要求，以自动化焊接为代表的智能焊接正逐步替代传统的人工焊接，这对焊接过程实时、在线、非接触式的焊接过程监控提出了急切需求。对于焊接监控而言，焊接熔池的观测是最核心也最具挑战的关键技术。焊接熔池是评估焊接质量、优化焊接工艺的关键指标，也是影响焊缝质量的关键因素。焊接熔池的直接观测一直是工程中的技术难题，由于融化熔池的高温热辐射及电弧焊枪的高辐射弧光干扰，会导致传统光学成像系统(如CMOS相机)出现大面积过曝光现象，无法对熔池区域进行高质量观测，更无法获取熔池区域的基本特征。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一方面，提供了一种图像获取装置，所述装置用于获取焊接熔池的图像，所述装置包括：
[0004]图像采集模块，用于采集图像；
[0005]滤光模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括窄带滤光片，用于滤除辐射光，所述窄带滤光片的中心波长与所述图像采集模块的光谱响应、焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱具有相关关系；
[0006]衰减模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括光学衰减片，用于衰减辐射光，所述光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有相关关系。
[0007]在一种可能的实施方式中，所述装置还包括激光发射模块，用于发出面激光照射焊接熔池，以抑制辐射光。
[0008]在一种可能的实施方式中，所述激光发射模块包括：
[0009]准直激光器，用于产生激光，所述激光的波长与所述窄带滤光片的中心波长相关；
[0010]扩束器，设置在所述准直激光器前端，用于产生所述面激光。
[0011]在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：
[0012]防护镜片，设置于所述图像采集模块的采集端，所述防护镜片由耐高温、耐磨、透明材料制成。
[0013]在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：
[0014]可调支架，用于固定所述图像采集模块及所述激光发射模块，其中，所述图像采集模块及所述激光发射模块的固定位置可调。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述窄带滤光片的中心波长为焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱之和与所述图像采集模块的光谱响应之积的任意一个极值或极值
中的最小值。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有的相关关系包括：
[0017][0018]其中，D(r)表示与衰减中心相距焊接熔池所在平面内的衰减距离r处的光衰减率，σ表示焊接初始阶段焊接熔池的光强分布的标准差，α表示预设参数且0<α<1。
[0019]根据本公开的一方面，提供了一种参数确定方法，所述方法包括：
[0020]获取焊接过程的焊接熔池的辐射光谱图及电弧弧光的光谱图；
[0021]对所述辐射光谱图及电弧弧光的光谱图分别进行归一化处理，得到焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱；
[0022]获取图像采集模块的光谱响应，并根据所述图像采集模块的光谱响应、焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱的相关关系确定窄带滤光片的中心波长；
[0023]获取焊接过程中的焊接熔池图像；
[0024]确定所述焊接熔池图像的归一化光强分布，并对所述归一化光强分布进行拟合，确定光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有的相关关系，以确定光学衰减片的光衰减率参数。
[0025]在一种可能的实施方式中，所述窄带滤光片的中心波长为焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱之和与所述图像采集模块的光谱响应之积的任意一个极值或极值中的最小值。
[0026]在一种可能的实施方式中，所述光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有的相关关系包括：
[0027][0028]其中，D(r)表示与焊接熔池所在平面内的衰减中心相距衰减距离r处的光衰减率，σ表示焊接初始阶段焊接熔池的光强分布的标准差，α表示预设参数且0<α<1。
[0029]本公开实施例通过在图像采集模块的采集端设置包括窄带滤光片的滤光模块滤除辐射光，并设置所述窄带滤光片的中心波长与所述图像采集模块的光谱响应、焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱具有相关关系，可以在确保图像采集模块具有较高信噪比、感光灵敏度的情况下较好地滤除熔池的高温热辐射及电弧的高辐射弧光干扰，并通过在所述图像采集模块的采集端设置包括光学衰减片的衰减模块衰减辐射光，设置学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有相关关系，使得采集的图像光强均一化，避免出现大面积过曝光现象，进而实现对熔池区域进行高质量观测。
[0030]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
[0031]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
[0032]图1示出了根据本公开一实施例的图像获取装置的框图。
[0033]图2示出了根据本公开一实施例的图像获取装置的示意图。
[0034]图3示出了根据本公开一实施例的参数确定方法的流程图。
[0035]图4示出了GMAW焊接过程中的典型电弧和熔池光谱示意图。
[0036]图5示出了相机的光谱响应曲线示意图。
[0037]图6示出了根据本公开一实施例的窄带滤波片的光透过率示意图。
[0038]图7a示出了根据本公开一实施例的光学衰减片的示意图。
[0039]图7b示出了根据本公开一实施例的光学衰减片的光衰减度示意图。
具体实施方式
[0040]以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0041]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像获取装置，其特征在于，所述装置用于获取焊接熔池的图像，所述装置包括：图像采集模块，用于采集图像；滤光模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括窄带滤光片，用于滤除辐射光，所述窄带滤光片的中心波长与所述图像采集模块的光谱响应、焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱具有相关关系；衰减模块，设置于所述图像采集模块的采集端，包括光学衰减片，用于衰减辐射光，所述光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊接熔池的光强分布及焊接熔池所在平面内的衰减距离具有相关关系。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括激光发射模块，用于发出面激光照射焊接熔池，以抑制辐射光。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光发射模块包括：准直激光器，用于产生激光，所述激光的波长与所述窄带滤光片的中心波长相关；扩束器，设置在所述准直激光器前端，用于产生所述面激光。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：防护镜片，设置于所述图像采集模块的采集端，所述防护镜片由耐高温、耐磨、透明材料制成。5.根据权利要求2或3任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：可调支架，用于固定所述图像采集模块及所述激光发射模块，其中，所述图像采集模块及所述激光发射模块的固定位置可调。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述窄带滤光片的中心波长为焊接过程中焊接熔池的光谱及电弧弧光的光谱之和与所述图像采集模块的光谱响应之积的任意一个极值或极值中的最小值。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学衰减片的光衰减率与焊接初始阶段焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，张金松，岳孟坤，王锦阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：