基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法，包括旋转电弧焊炬、电弧旋转位置传感器、隔离模块、CCD摄像机和PC机，其中PC机包括图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差提取模块、统计模块。CCD摄像机的前端设置有减光片、滤光片和UV镜。所述方法是采用CCD摄像机并通过触发采样方式准确获取每个电弧旋转周期内，电弧旋转到坡口左、右位置的焊接图像，并快速检测两幅图的电弧、左右坡口位置来获取焊缝偏差。本发明专利技术获取焊缝偏差效率高，算法准确可靠，且克服坡口底部变化和电弧电信号易受干扰的影响，适用于高频率的旋转电弧焊接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法，包括旋转电弧焊炬、电弧旋转位置传感器、隔离模块、CCD摄像机和PC机，其中PC机包括图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差提取模块、统计模块。CCD摄像机的前端设置有减光片、滤光片和UV镜。所述方法是采用CCD摄像机并通过触发采样方式准确获取每个电弧旋转周期内，电弧旋转到坡口左、右位置的焊接图像，并快速检测两幅图的电弧、左右坡口位置来获取焊缝偏差。本专利技术获取焊缝偏差效率高，算法准确可靠，且克服坡口底部变化和电弧电信号易受干扰的影响，适用于高频率的旋转电弧焊接。【专利说明】基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法
本专利技术涉及一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法，属于焊接自动化
。
技术介绍
旋转电弧窄间隙MAG焊焊接，作为一种高效的焊接技术，具有坡口形状简单、焊缝截面积小、焊接效率高、能耗少、焊接热输入量低、焊接热影响区小、接头韧性好等优点，在中厚板焊接领域受到广泛的应用。为保证焊接质量，使坡口两侧壁均匀熔透，需要保证焊炬的电弧中心与工件坡口中心的严格对中。因此在焊接过程中，需要进行实时有效的跟踪控制，其关键是能实时可靠地提取焊缝偏差。目前常用的传感器有以下几种类型:机械传感器、电磁感应式传感器、超声传感器、焊接温度场传感器、CCD视觉传感器、电弧传感等。其中，视觉传感器因其具有与工件不接触、信息量大、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、适用坡口形式多等优点，被认为是一种最有发展前景的传感方法，在焊接领域得到了广泛的应用。利用视觉传感进行焊缝跟踪，关键是获取清晰的图像并通过有效算法确定偏差信息。关于窄间隙焊接的视觉传感技术研究并不多，在文献“基于面阵CCD图像处理的窄间隙焊自动跟踪系统”(张富巨等，焊接技术，2000年，第29卷，第6期，36?37页)中，提出一种基于面阵CCD图像处理的窄间隙自动跟踪系统，该系统利用弧光的作用，使坡口内部近坡口棱边处(无焊枪遮挡部分)呈现出几乎一致的白色，在坡口外的工件表面和棱边处呈现出一致的黑色。通过计算机白色条纹到窗口边缘的距离与标定的距离差，实现窄间隙焊缝跟踪。该方法采集的图像不是直接的电弧区域图像，即传感检测位置与电弧实际位置不同步，降低了传感检测精度；在文献“一种窄间隙焊接被动光视觉传感器的研究”(许平非等，电焊机，2010年，第40卷，第3期，37?39页)中，提出一种窄间隙红外CCD视觉传感系统，该系统利用红外CCD摄像机，配用中心波长为920nm的窄带滤光片，采集焊接区域图像，来观测窄间隙焊接过程。该方法仅进行窄间隙焊接过程的实时监测，未见实现焊缝的同步跟踪控制。在文献“钢轨窄间隙弧焊焊枪自动纠偏系统”(刘正文等，焊接学报，2011年，第32卷，第5期，45?48页)中，提出一种双视觉传感的焊枪摆动控制方法，通过采集熔池区图像，实时计算焊丝端部的摆动偏差和摆角偏差，并对焊枪摆动进行反馈控制。该方法只适用于频率较低的摆动电弧窄间隙焊接，对高频率的旋转电弧并不适用。在文献“基于双视觉的窄间隙焊熔池特征分析”(顾网平等，焊接技术，2013年，第42卷，第2期，14?16页)中，设计了一种窄间隙多视觉焊接熔池采集系统，针对采集的熔池图像特点，提出了特征提取图像处理方法。该方法只提取并研究了熔池图像特征，并未对焊接过程实时监测和进行偏差提取。已有授权的专利中，清华大学的郑军，潘际銮在专利“基于视觉检测的窄间隙电弧焊接在线决策方法”(申请号:200910076527.1)中，提出一种焊枪偏移调整方法，通过CXD视觉传感器监测电弧摆动幅度中心和焊缝宽度中心，当监测到电弧摆动中心与焊缝中心不重合时，即对焊枪位置进行调整。该方法只针对摆动电弧应用场合，工艺使用范围窄，需要通过多次边缘和位置检测才能获取焊缝偏差信息，图像处理工作量大，影响焊缝跟踪控制的实时性；哈尔滨工业大学的雷正龙，陈彦宾等在专利“基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法”(申请号:201210213371.9)中，提出一种视觉传感方法，该方法是基于主动视觉，只适用于厚板。江苏科技大学的王加友，朱杰等在专利“基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法”(申请号:201210325926.9)中，以窄间隙焊接电弧光和熔池自身辐射光作为光源，利用红外窄带滤光系统滤除干扰信号并调节光强，计算机实时采集并显示红外CMOS摄像机获取的焊接图像。通过图像截取窗口截取远离电弧侧的图像进行处理，并通过提取坡口单侧边缘来获取焊缝偏差信息。该方法只适用于频率较低的摆动电弧，对高频率的旋转电弧焊接并不适用，而且并未获取焊接时完整图像，没有提取坡口边缘，电弧位置等典型焊接过程信息，不利于焊接过程的实时监测及后续的焊缝跟踪的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述视觉传感应用中普遍存在的问题和缺陷，提出一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法。在视觉传感硬件组成的基础上提供一种算法效率高，更加可靠的偏差提取方法。本专利技术是采用CCD摄像机并通过触发采样方式准确获取每个电弧旋转周期内，电弧旋转到坡口左、右位置的焊接图像，并快速检测两幅图的电弧、左右坡口位置来获取焊缝偏差。本专利技术的提出是综合考虑了旋转电弧MAG焊的特点和视觉传感图像的特点。由于电弧或焊丝端部高速旋转，必须采用触发方式才能快速准确获取电弧旋转的左右极值位置，否则需要多次采样才有可能求取，影响偏差提取算法实时性。同时，从焊接图像特点看，坡口母材区域亮度最暗，电弧中心最亮，而窄间隙区亮度居中，故可以设置两个阈值用于分别检测坡口母材区和电弧中心，同时，为克服电弧亮度变化的不利影响，基于灰度统计进行了阈值的自适应划分。利用阈值分割后的电弧中心图像可快速提取电弧中心或焊丝端部位置，利用阈值分割后的坡口母材图像可以快速提取窄间隙坡口左右位置。为了达到上述目的，本专利技术解决技术问题所采取的技术方案是:一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置，包括旋转电弧焊炬、电弧旋转位置传感器、隔离模块、CCD摄像机和PC机，其中PC机包括图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差提取模块、统计模块，所述CCD摄像机对应工件并与工件平面成一夹角安置在所述旋转电弧焊炬前方，所述电弧旋转位置传感器安装在所述旋转电弧焊炬上并依次连接隔离模块和CCD摄像机，所述CCD摄像机将所采集图像依次输入置于所述PC机中的图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差模块和统计模块。上述所述电弧旋转位置传感器由凹槽式光电开关和过中心对称开有两个孔或槽的码盘构成，所述凹槽式光电开关的凹槽套入所述码盘固定于所述旋转电弧焊炬的不旋转部位，所述码盘固定在所述旋转电弧焊炬的旋转部位并与电弧同步转动；安装时使电弧旋转到坡口左位置和坡口右位置时，凹槽式光电开关的光路正好穿过码盘的开孔或槽。上述所述CXD摄像机镜头距离电弧为200?500mm，所述CXD摄像机的前端还设置有减光片(5%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置，包括旋转电弧焊炬、电弧旋转位置传感器、隔离模块、CCD摄像机和PC机，其特征在于，所述PC机包括图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差提取模块、统计模块；所述CCD摄像机对应工件并与工件平面成一夹角安置在所述旋转电弧焊炬前方，所述电弧旋转位置传感器安装在所述旋转电弧焊炬上并依次连接隔离模块和CCD摄像机，所述CCD摄像机将所采集图像依次输入置于所述PC机中的图像采集卡、图像去噪模块、电弧中心识别模块、坡口边缘识别模块、当前电弧旋转周期焊缝偏差模块和统计模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎文航，高凯，王加友，杨峰，朱杰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：