专利名称：一种焊接过程图像信息采集及处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种焊接过程图像信息采集及处理系统。
背景技术：
目前，我国工业发展迅速，焊接在工业生产中的地位越来越重要，对焊接质量的要求也越来越高，而提高焊接质量主要通过培养高素质的焊工和对影响焊接质量的因素进行理论研究。而这两个途径的关键都是观察电弧下的熔滴、熔池的形状，如边界、波纹、熔渣、 气体排出及焊接材料填充等现象，避免电弧焊操作缺陷，达到焊缝良好成型的目的。电弧下的熔池瞬间变化，难用语言表达和量化，操作者的微小操作偏差将造成焊缝很大质量变化。 在焊接培训方法方面，之前采用“作坊式”、“带徒式”的培训，例如让学生在周围观看学习等。由于学生人数较多，受观察角度等因素的影响，不能清楚地观察焊接过程的细节以及熔池变化情况，教学效果不理想，“大班上课，群体实训”的培训方式不适应高级技能人才培养的需要；在焊接质量理论研究方面，以上这种落后的观察方式不仅现场效果不好而且不可复现，不能进行长期详细研究。国际上先进的焊接质量研究特别是焊接培训方法开始采用计算机视觉技术和图像处理技术等，试图采集电弧下全部焊缝形成过程或者焊工的操作过程图像信息细节并录制成影视资料，与标准动作进行分析、比较，找出每个差异个体的具体问题，用于焊接教学或者焊接质量研究。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足现有的焊接质量研究方法存在很多局限，首先，现有技术都把精力放在改进相机的性能上，很多方法都采用单个图像信息采集系统，只能单独采集电弧下全部焊缝形成过程或者单独采集焊工的操作过程，无法实现二者的同步采集，达不到同步对比的效果；其次，由于电弧光强过大，焊条端部图像信息的明暗对比度很高，现有的图像信息采集系统不能同时看清熔池、电弧和焊条端部等细节；再次，现有焊接质量研究软件的功能都局限于控制单个图像信息采集系统的采集与存储，不能同时控制两个图像信息采集分支系统的同步工作，且不具有对已存储视频进行分析处理的后期研究功能。
发明内容
本发明提供了一种焊接过程图像信息采集及处理系统，该系统实现了焊缝形成过程和焊接操作过程的同步采集，并能同时控制两个图像信息采集分支系统的同步工作，详见下文描述—种焊接过程图像信息采集及处理系统，包括焊缝成形过程图像采集分支系统、 焊接操作过程图像采集分支系统和工业控制计算机，所述焊缝成形过程图像采集分支系统和所述焊接操作过程图像采集分支系统同步工作，其中，所述焊缝成形过程图像采集分支系统包括工业用数字摄像机、第一数据传输线和数字图像信息采集卡，所述工业用数字摄像机对第一图像信息进行采集得到第一模拟视频信号，将所述第一模拟视频信号转换为第一数字视频信号，并将所述第一数字视频信号通过所述第一数据传输线传输到数字图像信息采集卡，所述数字图像信息采集卡对所述第一数字视频信号进行编码压缩转变为第一数字视频数据并传输到所述工业控制计算机；其中，所述焊接操作过程图像采集分支系统包括工业用模拟摄像机、第二数据传输线和模拟图像信息采集卡，所述工业用模拟摄像机对第二图像信息进行采集得到第二模拟视频信号，并将所述第二模拟视频信号通过所述第二数据传输线传输到所述模拟图像信息采集卡，所述模拟图像信息采集卡将所述第二模拟视频信号转化为第二数字视频信号， 并将所述第二数字视频信号进行编码压缩转变为第二数字视频数据并传输到所述工业控制计算机；所述工业控制计算机同时接收和控制所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据，并对所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据进行编辑处理，并将处理后的第一数字视频数据和第二数字视频数据存储到所述工业控制计算机的内存中并同步显示在显示器指定的位置，然后根据用户的需要决定是否将所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据存储到硬盘中。所述工业控制计算机包括用于连续调节所述工业用数字摄像机曝光时间的连续调节模块，用于调整第一图像信息明暗对比度的调整模块，用于控制所述焊缝成形过程图像采集分支系统和所述焊接操作过程图像采集分支系统同步工作的同步控制模块。所述第一数据传输线具体为Camlink数据传输线。所述第一图像信息具体为近红外段的光谱信息。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种焊接过程图像信息采集及处理系统，本发明在系统中配置了两套图像信息采集分支系统，将焊缝成形细节和焊接过程细节同步采集，两组图像信息同步显示，使焊接学员更直观的认识到焊接操作的微小差别对焊缝成形质量的影响；本发明实现了熔池、电弧和焊条端部同时清晰呈现，调整了图像的明暗对比度，并实现相机曝光时间的连续可调；本发明控制两套图像信息采集分支系统同步工作，并具有图像信息处理的其他功能。
图1为本发明提供的一种焊接过程图像信息采集及处理系统的结构示意图；图2为本发明提供的焊缝成形过程图像采集分支系统的结构示意图；图3为本发明提供的焊接操作过程图像采集分支系统的结构示意图；图4为本发明提供的工业控制计算机的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为了实现焊缝形成过程和焊接操作过程的同步采集，并能同时控制两个图像信息采集分支系统的同步工作，本发明实施例提供了一种焊接过程图像信息采集及处理系统，CN 102523423 A
说明书
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参见图1，详见下文描述一种焊接过程图像信息采集及处理系统，包括焊缝成形过程图像采集分支系统、 焊接操作过程图像采集分支系统和工业控制计算机，焊缝成形过程图像采集分支系统和焊接操作过程图像采集分支系统同步工作，其中，参见图2，焊缝成形过程图像采集分支系统包括工业用数字摄像机、第一数据传输线和数字图像信息采集卡，工业用数字摄像机对第一图像信息进行采集得到第一模拟视频信号，将第一模拟视频信号转换为第一数字视频信号，并将第一数字视频信号通过第一数据传输线传输到数字图像信息采集卡，数字图像信息采集卡对第一数字视频信号进行编码压缩转变为第一数字视频数据并传输到工业控制计算机；其中，参见图3，焊接操作过程图像采集分支系统包括工业用模拟摄像机、第二数据传输线和模拟图像信息采集卡，工业用模拟摄像机对第二图像信息进行采集得到第二模拟视频信号，并将第二模拟视频信号通过第二数据传输线传输到模拟图像信息采集卡， 模拟图像信息采集卡将第二模拟视频信号转化为第二数字视频信号，并将第二数字视频信号进行编码压缩转变为第二数字视频数据并传输到工业控制计算机；工业控制计算机同时接收和控制第一数字视频数据和第二数字视频数据，并对第一数字视频数据和第二数字视频数据进行编辑处理，并将处理后的第一数字视频数据和第二数字视频数据存储到工业控制计算机的内存中并同步显示在显示器指定的位置，然后根据用户的需要决定是否将第一数字视频数据和第二数字视频数据存储到硬盘中。其中，参见图4，工业控制计算机还包括用于连续调节工业用数字摄像机曝光时间的连续调节模块。由于工业用数字摄像机采集到的第一图像信息是电弧强光下的细节，所以需要调整模块来调节其明暗对比度，为此，工业控制计算机还包括用于调整第一图像信息明暗对比度的调整模块，用于控制焊缝成形过程图像采集分支系统和焊接操作过程图像采集分支系统同步工作的同步控制模块。即通过工业控制计算机实现了工业用数字摄像机的曝光时间连续调节，调整了图像的明暗对比度，扩大了工业用数字摄像机的动态范围，排除强弧光的干扰。其中，工业控制计算机控制焊缝成形过程图像采集分支系统和焊接操作过程图像采集分支系统的同步工作，具体包括同步开始抓图、同步停止抓图、同步存储视频文件以及其他视频文件后期处理相关功能。其中，采集到的第一图像信息具体包括熔池、电弧、焊条端部和熔孔等图像信息； 采集到的第二图像信息具体包括焊工的操作过程等信息，具体实现时，第一图像信息和第二图像信息还可以包括其他的信息，本发明实施例对此不做限制。由于本发明实施例中的应用环境中对传输距离也有一定的要求，而且第一数字图像信号的传输需要很高的速度和质量，所以本发明实施例中的第一数据传输线优选为 Camlink数据传输线。第一数字视频信号通过第一数据传输线传输到数字图像信息采集卡，数字图像信息采集卡对第一数字视频信号进行编码压缩转变为数字视频数据并传输到工业控制计算机。数字图像信息采集卡可以很好的满足数字视频信号高速传输对接口的要求。其中，由于焊接操作过程图像采集分支系统负责采集焊接操作过程的细节，即普
5通光强下的第二图像信息，所以工业用模拟摄像机应尽可能采用高质量工业用模拟摄像机，例如，采用型号为自动光圈型BN-131QICR彩色摄像机，具体实现时，还可以采用其他型号的摄像机，本发明实施例对此不做限制。本发明实施例中的工业用数字摄像机为瑞士 Wwtonfocus公司生产的 MV-D10ME-40-CL型号，具体实现时，还可以采用其他型号的摄像机，本发明实施例对此不做限制。由于焊接操作过程图像采集分支系统负责采集焊接操作过程，不必近距离拍摄， 对信号传输距离要求较低，而且由于第二模拟视频信号自身的特点，第二数据传输线采用普通数据传输线即可；模拟图像信息采集卡的接口要与该第二数据传输线及工业控制计算机的接口相互搭配，在第二模拟视频信号的传输过程中，模拟图像信息采集卡负责使第二模拟视频信号转化为第二数字视频信号，将第二数字视频信号进行编码压缩转变为第二数字视频数据并传输到工业控制计算机。工业控制计算机最主要的功能为控制两个图像信息采集分支系统同步工作，即实现拍摄控制功能；除此之外，还有其他图像后期处理相关功能，它的显示器可以显示第一图像信息和第二图像信息。目前，关于焊缝成形细节图像采集的研究大都致力于如何采集到整个画面中弧光强度最大处的图像信息，将注意力都放在看清电弧而忽略了其他焊条端部信息的采集。经过对电弧光谱特点的研究，当第一图像信息为近红外段的光谱信息时，不仅实现了电弧、熔池、焊条端部等焊接细节同时清晰呈现，而且降低了对系统硬件特别是相机的要求，使的本发明实施例更易于推广和应用。综上所述，本发明实施例提供了一种焊接过程图像信息采集及处理系统，本发明实施例在系统中配置了两套图像信息采集分支系统，将焊缝成形细节和焊接过程细节同步采集，两组图像信息同步显示，使焊接学员更直观的认识到焊接操作的微小差别对焊缝成形质量的影响；本发明实施例实现了熔池、电弧、焊条端部同时清晰呈现，调整了图像的明暗对比度，并实现相机曝光时间的连续可调；本发明实施例控制两套图像信息采集分支系统同步工作，并具有图像信息处理的其他功能。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种焊接过程图像信息采集及处理系统，其特征在于，包括焊缝成形过程图像采集分支系统、焊接操作过程图像采集分支系统和工业控制计算机，所述焊缝成形过程图像采集分支系统和所述焊接操作过程图像采集分支系统同步工作，其中，所述焊缝成形过程图像采集分支系统包括工业用数字摄像机、第一数据传输线和数字图像信息采集卡，所述工业用数字摄像机对第一图像信息进行采集得到第一模拟视频信号，将所述第一模拟视频信号转换为第一数字视频信号，并将所述第一数字视频信号通过所述第一数据传输线传输到数字图像信息采集卡，所述数字图像信息采集卡对所述第一数字视频信号进行编码压缩转变为第一数字视频数据并传输到所述工业控制计算机；其中，所述焊接操作过程图像采集分支系统包括工业用模拟摄像机、第二数据传输线和模拟图像信息采集卡，所述工业用模拟摄像机对第二图像信息进行采集得到第二模拟视频信号，并将所述第二模拟视频信号通过所述第二数据传输线传输到所述模拟图像信息采集卡，所述模拟图像信息采集卡将所述第二模拟视频信号转化为第二数字视频信号，并将所述第二数字视频信号进行编码压缩转变为第二数字视频数据并传输到所述工业控制计算机；所述工业控制计算机同时接收和控制所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据，并对所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据进行编辑处理，并将处理后的第一数字视频数据和第二数字视频数据存储到所述工业控制计算机的内存中并同步显示在显示器指定的位置，然后根据用户的需要决定是否将所述第一数字视频数据和所述第二数字视频数据存储到硬盘中。
2.根据权利要求1所述的一种焊接过程图像信息采集及处理系统，其特征在于，所述工业控制计算机包括用于连续调节所述工业用数字摄像机曝光时间的连续调节模块，用于调整第一图像信息明暗对比度的调整模块，用于控制所述焊缝成形过程图像采集分支系统和所述焊接操作过程图像采集分支系统同步工作的同步控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种焊接过程图像信息采集及处理系统，其特征在于，所述第一数据传输线具体为Camlink数据传输线。
4.根据权利要求1所述的一种焊接过程图像信息采集及处理系统，其特征在于，所述第一图像信息具体为近红外段的光谱信息。
全文摘要
本发明公开了一种焊接过程图像信息采集及处理系统，工业用数字摄像机对第一图像信息进行采集得到第一模拟视频信号，转换为第一数字视频信号，并通过第一数据传输线传输到数字图像信息采集卡，数字图像信息采集卡进行编码压缩转变为第一数字视频数据并传输到工业控制计算机；工业用模拟摄像机对第二图像信息进行采集得到第二模拟视频信号，并通过第二数据传输线传输到模拟图像信息采集卡，将第二模拟视频信号转化为第二数字视频信号，并进行编码压缩转变为第二数字视频数据并传输到工业控制计算机；工业控制计算机接收第一数字视频数据和所述第二数字视频数据，并将处理后的存储到工业控制计算机的内存中并同步显示在显示器指定的位置中。
文档编号H04N7/18GK102523423SQ20111041022
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者刘家发, 张迪, 敖三三, 罗震, 袁涛 申请人:天津大学