[发明专利]一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置

说明书

本发明公开了一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，涉及激光焊接领域，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。高速摄影系统包括两套高速相机，分别固定在垂直于行走平台的Y轴和X轴的平面，进行同步触发采集。通过带通滤波，图像增强技术抑制金属蒸气羽烟的辐射光，增强飞溅的热辐射光，提高了对飞溅识别与提取的成功率。将同时获得的图像中提取的飞溅进行关联，进而获得飞溅的三维空间位置和分布特征。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置。

背景技术

在激光焊接中，熔池内的熔融金属受高速金属蒸气流的冲击，脱离熔池形成的液滴，即飞溅。飞溅的产生一方面是激光焊接过程中熔池不稳定的表现，另一方面也会对激光焊接焊缝的表面质量造成不利的影响。因此，从高速摄影图像中对激光焊接过程中产生的飞溅进行识别和运动特征进行提取，对激光焊接过程在线监控，焊接稳定性研究以及焊缝表面质量改善均有着重要的应用。

现有的技术方案中，已有对激光焊接过程中飞溅形状和位置进行提取的报道。如：德累斯顿理工大学的L.Nicolosi等人选择直接对图像进行二值化处理，这种方法所获得的图像会同时将匙孔和羽烟所产生的自发辐射光与飞溅所产生的热辐射光二值化，无法进行区分。广州工业大学的孙燕等人在对图像直接进行二值化后，通过先腐蚀后膨胀的开运算，获得了金属羽烟的图像，再在二值化的图像中去除金属羽烟的图像，获得了金属羽烟外飞溅的图像。这种图像处理方法可以有效获取金属羽烟外的飞溅形态特征。但是，对于存在于金属羽烟内部的飞溅，通过这种方法会将其与金属羽烟一并去除。而存在于金属羽烟内部的飞溅往往是从熔池表面脱离产生，所具有的特征能够更真实地反映熔池的运动状态。

此外，现有的对于焊接过程中高速图像的处理仅能够从中提取出飞溅的形态特征，针对飞溅从熔池脱离的运动状态特征的技术方案一直很少有报道。北京工业大学的蔡华等人通过人工测量的方法对高速摄影图像中飞溅的运动轨迹逐帧进行手动追踪和测量，这一种方法在实际的应用中存在很大的局限性。广州工业大学的高向东等人是通过图像处理识别的飞溅与激光作用点之间距离来表征飞溅的运动特性，这一种方法并不能直接地反映出飞溅的运动轨迹，运动速度以及运动方向。

而激光焊接过程中所产生的飞溅是从熔池向四周辐射运动，现有的关于飞溅形态和运动特征的研究均是在平行于焊接方向的二维平面内进行的，仍未有关于对飞溅三维空间内的分布特征和运动轨迹进行识别与追踪的技术方案的报道。

现有技术存在以下缺陷：

(1)由于金属蒸气羽烟的辐射光的干扰，不能对羽烟内的飞溅进行识别与提取。

(2)不能够对焊接过程中飞溅的运动轨迹进行自动地跟踪，因此无法方便地获得焊接过程中飞溅的运动特征。

(3)没有针对焊接过程飞溅三维空间分布特征提取和运动轨迹跟踪的方案。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，克服金属蒸气羽烟干扰，自动跟踪飞溅轨迹，进行焊接过程飞溅三维空间分布特征提取和运动轨迹跟踪。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过图像增强技术，提高激光焊接过程中飞溅识别与提取的成功率，对飞溅进行三维定位，获得飞溅的三维分布特征。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光焊接过程三维空间飞溅识别装置，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，行走平台用于固定试样，被配置为朝焊接方向反向运动，高速摄影系统包括两套高速相机，XZ平面高速相机和YZ平面高速相机，分别固定在垂直于行走平台的Y轴和X轴的平面，通过标版进行空间标定，高速相机包括长焦微距镜头、带通滤光镜与保护镜，带通滤光镜与保护镜安装在长焦微距镜头前，高速相机通过同步触发装置进行触发和采集，高速相机和同步触发装置通过计算机进行设置与数据保存；