[发明专利]弧焊过程参数在线监测装置与监测方法

权利要求书

1.一种弧焊过程参数在线监测装置，其特征在于：包括n个焊机、一个总无线收发模块(A)、一个工业PC机(B)，其中，每个焊机对应一个电流传感器n.1、一个电压传感器n.2、两个视觉传感器n.3、一个信号调理模块n.4、一个单片机n.5、一个外部存储器n.6和一个无线收发模块n.7，其中n≥1，与焊机数量相等；所述信号调理模块n.4、单片机n.5、外部存储器n.6、无线收发模块n.7共同组成前信号处理模块n.8；

所述电流传感器n.1接在焊机n输出端，直接采集到焊接电流；所述电压传感器n.2接在焊枪与工件之间，采集焊接过程中的电弧电压；两个视觉传感器n.3的各项参数完全一致，平行安装在焊机n侧方，并保证二者的主光轴相互平行，二者成像面位于同一平面内，获得焊枪的电弧移动图像；

所述电流传感器n.1、电压传感器n.2分别与信号调理模块n.4相连，分别将电流信号、电压信号调理至单片机n.5中数据采集的量程内；所述单片机n.5分别与信号调理模块n.4、两个视觉传感器n.3相连，将模拟信号转换为数字信号并存储于外部存储器n.6，同时单片机n.5通过无线收发模块n.7、总无线收发模块(A)与工业PC机(B)保持通讯，将数据及时传送到工业PC机(B)中。

2.根据权利要求1所述的弧焊过程参数在线监测装置，其特征在于：所述的工业PC机(B)通过总无线收发模块(A)接收到视觉传感器n.3的图像数据及滤波后的电流数据、电压数据；工业PC机(B)在视觉传感器n.3的每帧图像中确定焊机n的电弧所在位置，以获得焊接速度信息。

3.一种弧焊过程参数在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1)、启动工业PC机(B)，使电流传感器n.1、电压传感器n.2、视觉传感器n.3、信号调理模块n.4、单片机n.5、外部存储器n.6、无线收发模块n.7、总无线收发模块(A)均处于工作状态；

步骤2)、在UI操作界面填写每台焊机的操作者姓名、产品名称、焊接部件名称，并导入电子版焊接图纸，包括图号、板厚组合、材质、焊接电流、焊接电压、焊接速度范围；

步骤3)、当监测系统启动后，判断焊机是否进入工作状态，以焊接电流值I是否大于10A为阈值；如果I10，即焊机未进入工作状态，采集到的I丢弃，不储存；如果I10，即焊机进入工作状态，将焊接电流I、电弧电压U、两个视觉传感器n.3中左边视觉传感器的图像P，右边视觉传感器的图像Q进行采集、简单处理并存储，通过无线收发模块传输至工业PC机；

步骤4)、工业PC机对左边视觉传感器的图像右边视觉传感器的图像进行实时处理，获得实时焊接速度，其中P_t代表第t时刻左边视觉传感器的图像，其中Q_t代表第t时刻右边视觉传感器的图像；

步骤5)、根据焊接电流、电弧电压、焊接速度在得到焊接过程中的线能量v_wl表示焊接速度，当监测到的焊机n的焊接电流、电弧电压、焊接速度或焊接线能量超过该焊机在系统预设允许范围内时，相应焊机工位给予声光报警处理，提示相应焊接操作者查找问题。

4.根据权利要求3所述的弧焊过程参数在线监测方法，其特征在于：步骤4)所述的获得实时焊接速度的步骤如下：

步骤4.1)、对第t时刻视觉传感器n.3中左边视觉传感器的图像P_t，右边视觉传感器的图像Q_t进行中值滤波，得到第t时刻左边视觉传感器的滤波后的图像得到第t时刻右边视觉传感器的滤波后的图像

步骤4.2)、提取有效弧光区域：对P′_t，Q′_t的矩阵中k*l，(k≤m，l≤n，)区域内的数据累加，获得最大值区域，并计算该区域内的均值M₀；在k*l区域内的以(k-2)*(l-2)的数据累加，获得最大值区域，并计算该区域内的均值M₁；在(k-2)*(l-2)区域内的以(k-4)*(l-4)的数据累加，获得最大值区域,并计算该区域内的均值M₂；按照上述方法，每次缩小矩阵区域进行数据累加，获得最大值区域，并计算该区域内的均值M_x；当最大值区域内的均值区域稳定,即M_x＝M_x-1时，停止缩小范围，以该区域为高温弧光区域，称之为能量环缩小中心点法；确定t时刻的弧光区域，以确定弧光区域中心点值为p′_t，x1与q′_t，x2；视觉传感器n.3中左边的视觉传感器的图像中弧光区域中心点到左边的视觉传感器的像面左端距离为x_t，l，右边的视觉传感器的图像中弧光区域中心点到右边的视觉传感器像面左端距离为x_t，r，左右两个视觉传感器的焦距均为f，左右两个视觉传感器的两个光心距离为b，获得弧光区域中心点到视觉传感器n.3的光心所在平面的距离结合弧光区域中心点所在图像中的位置，可以确定弧光区域中心点所在空间位置；

步骤4.3)、根据步骤4.2)中t时刻与t-1时刻的弧光区域中心点所在空间位置，确定弧光区域中心点在空间移动距离d_t，结合视觉传感器的采样率确定弧光区域中心点的移动速度v_x，y，z，即焊接速度v_wl＝v_x，y，z。