[发明专利]基于近红外双目视觉识别的角接接头熔透控制方法

说明书

一种基于近红外双目视觉识别的角接接头熔透控制方法，涉及焊接熔池特征参数的视觉检测方法和反面熔宽的检测方法。本发明利用正面和反面近红外扫描CCD摄像装置与计算机图像处理系统和控制系统相结合的方法进行角接接头的熔透控制。首先基于近红外的的原理选择合适的近红外扫描CCD摄像装置；然后进行熔池图像的获取，包括利用正面的近红外视觉传感器获取的熔池特征参数和利用背面的近红外视觉传感器获取的反面熔宽，接着对获取的熔池及其特征参量以及反面的熔宽进行图像处理和分析，得到焊缝熔透信息；最后通过得到的参数建立模型进行熔透控制。本发明不需要再经过推导出反面熔宽。避免了利用正面熔池图像的特征尺寸参量和特征性状参量来表征熔透。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域以及增材成形技术领域，尤其涉及一种基于近红外双目视觉识别的角接接头熔透控制方法。

背景技术

目前，工业上大多数的熔透控制还正处于利用单目视觉采集图像，利用摄像机拍摄到的正面熔池的特征信息，经过图像处理，提取正面的熔池特征，最后利用已经建立好的关系模型推导出反面熔宽。这样拍摄到的图像会受到很强的弧光干扰，从而影响推导出的反面熔宽，容易产生较大的误差。同时，现在对角接焊缝的熔透控制研究也比较少，本发明采用近红外法测定温度场的方法和视觉传感相结合可以很好地对角接焊缝的熔透情况进行控制。对目前焊接技术的发展有很大的利用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能化水平高、可靠性高、适应性强的基于近红外双目视觉识别的角接接头熔透控制方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

该方法包括如下步骤：

S1：将待焊接的两块工件用夹具固定在变位机上，两者成90°；将焊枪安装在机器人末端，将两个近红外扫描CCD摄像机按照镜头端面的法线与水平面呈45°-60°的角度用夹具固定在焊枪上面，

S2：启动焊接电源，进行焊接。

S3：根据普朗克公式，在近红外区间，随着波长的增加，电弧的辐射强度迅速减小，当波长达到2μm附近时，金属熔池的相对辐射强度便大于电弧的辐射强度，并且随着波长的增加，金属熔池的相对相对辐射强度变化不大，而电弧的相对辐射强度继续下降，由于金属熔池的辐射强度是有用信号，而电弧的辐射是干扰，这样就可以利用近红外CCD采集到比较有价值的图像。

S4：两个近红外视觉传感器同时工作。驱动正面的近红外扫描CCD摄像机对角接接头的表面采集图像，主要获取熔池形状及其尺寸参数。同时驱动反面的近红外扫描CCD摄像机对角接接头的背面采集图像，主要获取角接接头反面熔宽，得到焊缝熔透信息。近红外扫描CCD观察反面熔宽的关键技术是图像处理。

S5：先对获取的图像进行滤波处理，然后逐列扫描，得到边界，将边界点标记出来，然后经过Hough变换，计算出反面熔宽。

S6：接着对获取的熔池及其尺寸参量进行图像处理和分析，先对原始图像进行滤波去噪，然后进行阈值分割，接着提取出焊缝的轮廓，最后进行特征点提取，得到几何特征参数。

S7：然后将外熔宽、熔池内缘宽、相邻图像外熔宽差值这三种特征参数作为神经网络的输入，以未熔透、熔透、过透三种状态作为神经网络的输出，建立BP神经网络模型。根据已建立的神经网络对熔透进行预测。

S8：将实时焊接特征参数与建立的神经网络模型进行比对，若焊缝处于熔透状态，则相应的焊接参数不做改变。

S9：若焊缝处于未熔透或过熔透状态，则计算机根据控制器所建立的模型反馈的结果进行调节电流和电压以及焊接速度的数值发送给控制器，以达到控制熔透的效果。