[发明专利]一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置

权利要求书

1.一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，其特征在于，包括焊接激光器、行走平台、高速摄影系统、同步触发装置、计算机、标版，其中，所述行走平台用于固定试样，被配置为朝焊接方向反向运动，所述高速摄影系统包括两套高速相机，分别为XZ平面高速相机和YZ平面高速相机，所述XZ平面高速相机固定在垂直于所述行走平台的Y轴的平面，所述YZ平面高速相机固定在垂直于行走平台的X轴的平面，通过所述标版进行空间标定，所述高速相机包括长焦微距镜头、带通滤光镜与保护镜，所述带通滤光镜与所述保护镜安装在所述长焦微距镜头前，所述高速相机通过所述同步触发装置进行触发和采集，所述高速相机和所述同步触发装置通过所述计算机进行设置与数据保存；

通过图像增强技术对所述高速相机捕获的图像进行处理，去除羽烟的干扰，再依据所述两套高速相机同一时刻获取的飞溅尺寸特征和位置特征对飞溅进行一一关联，获取飞溅的三维空间位置特征；

所述带通滤光镜允许通过的光波波长为650～950nm；

所述保护镜为紫外石英玻璃，允许通过的光波波长为185nm～2500nm；

所述标版为氧化铝标定板，网格数为10×10，精度为0.001mm，平行于Z轴，与X轴和Y轴呈45°角，放置在试板上所述焊接激光器焦点为中心的位置；

所述同步触发装置基于Silicon Laboratories生产的C8051F340为核心开发，能满足高速摄影100kfps以内的触发要求，所述同步触发装置的结构包括整流降噪电路，模/数转换器，单片机中央处理器和定时器，当所述焊接激光器启动时，所述同步触发装置启动所述行走平台运动，并输出脉冲频率为12500Hz的脉冲信号，对所述两套高速相机同时进行触发；

对所述两套高速相机同一时刻获得的图像中得到的飞溅位置和面积特征进行一一关联，其判定条件为：

其中，A_xoz,i是XOZ平面获取的飞溅i的面积特征，A_yoz,j是YOZ平面获得的飞溅j的面积特征，z_xoz,i是飞溅i在XOZ平面的Z方向的高度，z_yoz,j是飞溅j在YOZ平面的Z方向的高度，A_shresh％是通过飞溅面积特征对飞溅进行关联时所设置的阈值，z_sresh％是通过飞溅坐标高度对飞溅进行关联时所设置的阈值，当A_xoz,i和A_yoz,j误差小于一定阈值时，且飞溅在Z方向高度z_xoz,i和z_yoz,j相近时，判定飞溅i和飞溅j 是被不同位置的所述高速相机在同一时间捕捉的同一飞溅，此飞溅的面积大小特征和三维空间位置特征可分别计算为(A_xoz,i+A_yoz,j)/2和[x_xoz,i,y_yoz,j,(z_xoz,i+z_yoz,j)/2]。

2.如权利要求1所述的激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，所述对图像进行处理的具体步骤包括：

步骤11：设置一个局域处理区域；

步骤12：对所述局域处理区域进行自适应滤波处理；

步骤13：将所述局域处理区域移动m像素点；

步骤14：重复所述步骤12和所述步骤13直至整个图像区域，将每个所述局域处理区域内处理的图像进行加权平均，获得增强后的图像；

步骤15：对所述增强后的图像进行二值化处理和图像分割，获得图像内飞溅的形态和位置特征。

3.如权利要求2所述的激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，其特征在于，所述步骤12所采用的滤波器根据所述局域处理区域亮度的最高值T₁和T₂进行自适应滤波，其滤波函数的表达式为：

其中，I₀为所述局域处理区域内图像的亮度值，I₁为处理后所述局域处理区域的亮度值，ΔS₁是设置的飞溅亮度与羽烟亮度差的阈值，S₂是设置的羽烟亮度的阈值。