一种激光焊接实时监测系统的制作方法

本发明涉及激光焊接，尤其涉及一种激光焊接实时监测系统。

背景技术：

1、激光焊接由于具有高深宽比、设备简单等优势，激光能量的可控性较强，在焊接领域受到广泛的关注，随着激光焊接技术的快速发展，其在制造业也受到的广泛的关注和应用，然而，激光焊接过程存在不稳定性，单一的焊接工艺参数无法保证熔透均匀的焊缝成型，对焊接过程中的熔透状态进行监测和控制，可有效的保证焊接的熔透状态。

2、对于现有技术中的激光焊接监控系统来说，至少存在以下几点不足：

3、(1)存在强光光源时，如激光光源和线激光照明和指引的应用场景下，通常是一种对熔池轮廓的干涉，此外强光焊接过程中产生的飞溅等干扰信息，除了使用合适的滤光片减少弧光对相机的干扰，还需要改进图像处理技术，更稳定、准确地识别出熔池、匙孔信息；

4、(2)其他焊接方式的熔透控制策略虽然很多，但激光焊接的熔透控制策略却很少，而且依赖大量实际焊接采集的数据进行人为参数调整，对于相似工况下的焊接过程，仍存在自适应性不足的情况；

5、(3)对于激光熔透控制虽然存在一定的基础研究，但是能够实现熔透控制的实际运行系统太少，一方面激光焊接系统一般依赖于各自控制系统或结合激光器自身内部的功率控制，所设计的控制方案往往通用性较差，且集成外部视觉等传感的能力弱，另一方面控制系统一般需要特定的视觉传感设备，此类设备一般价格昂贵且一般不易在线使用。

6、所以，需要设计一种激光焊接实时监测系统来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种激光焊接实时监测系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种激光焊接实时监测系统，包括视觉传感模块、运行控制模块与信息处理模块；

4、所视觉传感模块主要由工业相机、窄带滤光片、衰减片等组成，所述运行控制模块由伺服，丝杆组成，所述信息处理模块为工业pc，工控机集成可以为windows操作系统提供实时性能的krts套件；

5、激光焊接机工作时发出的光信号被所述视觉传感模块接收并转换成为电信号，转换的电信号发送到所述信息处理模块，所述信息处理模块通过控制信号的脉宽完成图像采样,图像经像增强器处理后实时上传到计算机，实时监测完成。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述工业相机上配备窄带滤光片，抑制激光焊接过程中的等离子体和杂光干扰，获得了被动式视觉传感的图像，为同时采集匙孔、熔池的特征信息，利用辅助光源对焊接区域打光，取清晰的熔池和匙孔图像。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述信息处理模块采用区域生长法，其基本的处理步骤为：选取图像一个像素点作为图像的起始点，以起始点为标准当周围像素的灰度值满足一定规则时，将周围的像素点作为基础更新，当周围像素均不满足此规则后，图像分割完成，区域生长法在遍历中不仅将像素的空间位置作为衡量标准，把像素的灰度值也作为了衡量指标。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述信息处理模块包括图像预处理、图像分割、匙孔特征提取、熔池图像增强与熔池图像边缘提取；

9、图像预处理：图像经过傅里叶变换后获得图像频域图，频域图的每个区域都存在对应着空域的成分，代表了原始图像的频率分布，空域图的不同的灰度值的像素点对应频域空间的不同频率，一-般情况下，边缘特征在频谱图的呈现形式为高亮分布，因此，在频域图像中设计响应的滤波器，滤除杂光能量峰值，消除相应的等离子体杂光干扰，陷波的滤波器是一种能量在特定区域迅速衰减，以滤除此频率区域细节的滤波器，由此，利用陷波滤波器可以虚弱特定频域区域的能量，陷波滤波器有两种：理想陷波滤波器和巴特沃斯滤波；

10、图像分割：经过频域滤波后得到的图像是存在椒盐噪声的，椒盐噪声的存在对生长区域种子的选取有较大的影响，因此对图像进行中值滤波，中值滤波后对图像进行固定二值化，确定生长区域种子的大体位置，根据二值化图像进行边缘轮廓提取获得,计算每个边缘轮廓形成的封闭面积，查找封闭最大面积，计算最大面积的重心作为生长区域的种子，生长区域的截止条件为根据统计直方图获得分割阈值；

11、匙孔特征提取：匙孔图像经过分割算法获得具有特征图像二值化图像，需要进行特征提取获取有用的信息，由图像形态可以确定当出现穿透孔状态是图像轮廓应该存在两个轮廓，由此对分割后的图像进行边缘轮廓提取，采用经典的边缘轮廓提取获取边缘轮廓即可，筛选最大闭合面积，根据最大闭合面积可以剔除出最大特征点外噪点，由最大闭合面积的轮廓分割出响应的roi，针对该区域图像计算轮廓数量，如果轮廓数量大于2则判定焊接过程出现穿透孔，若轮廓数量小于2对原图像进行形态学操作，对形态学操作后的图像重新进行上述操作，若图像轮廓仍然小于两个，那么即可判定为未出现穿透孔；

12、熔池图像增强：对采集到的熔池图像进行增强处理，使得图像更加清晰，细节更明显，图像增强算法是采用特定的方法改善图像质量，改善图像结果，增强熔池特征细节，为熔池图像的边缘检测提供的基础；

13、熔池图像边缘提取：采用边缘检测进行图像边缘提取。

14、本发明具有以下有益效果：

15、1、对利用被动式视觉传感技术采集的图像，将区域分割的判定标准与直方图相结合，提高了匙孔图像分割算法的鲁棒性；

16、2、本系统可以精确的确定每一穿透孔出现位置和时间，进而精确穿透孔的频率,缓解了因丢帧导致频率精度不高的问题,对控制器输入信号具有一定的优化能力。

技术特征：

1.一种激光焊接实时监测系统，其特征在于，包括视觉传感模块、运行控制模块与信息处理模块；

2.根据权利要求1所述的一种激光焊接实时监测系统，其特征在于，所述工业相机上配备窄带滤光片，抑制激光焊接过程中的等离子体和杂光干扰，获得了被动式视觉传感的图像，为同时采集匙孔、熔池的特征信息，利用辅助光源对焊接区域打光，取清晰的熔池和匙孔图像。

3.根据权利要求1所述的一种激光焊接实时监测系统，其特征在于，所述信息处理模块采用区域生长法，其基本的处理步骤为：选取图像一个像素点作为图像的起始点，以起始点为标准当周围像素的灰度值满足一定规则时，将周围的像素点作为基础更新，当周围像素均不满足此规则后，图像分割完成，区域生长法在遍历中不仅将像素的空间位置作为衡量标准，把像素的灰度值也作为了衡量指标。

4.根据权利要求1所述的一种激光焊接实时监测系统，其特征在于，所述信息处理模块包括图像预处理、图像分割、匙孔特征提取、熔池图像增强与熔池图像边缘提取；

技术总结
本发明涉及激光焊接技术领域，并公开了一种激光焊接实时监测系统，包括视觉传感模块、运行控制模块与信息处理模块；所视觉传感模块主要由工业相机、窄带滤光片、衰减片等组成，所述运行控制模块由伺服，丝杆组成，所述信息处理模块为工业PC，工控机集成可以为Windows操作系统提供实时性能的KRTS套件；激光焊接机工作时发出的光信号被所述视觉传感模块接收并转换成为电信号，转换的电信号发送到所述信息处理模块。本发明所提出的激光焊接实时监测系统对利用被动式视觉传感技术采集的图像，将区域分割的判定标准与直方图相结合，提高了匙孔图像分割算法的鲁棒性。

技术研发人员：豆西博,原野,雷元,恒毅,房继祖
受保护的技术使用者：西安中科原子精密制造科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15