[发明专利]一种带有自适应液晶滤光屏的焊接区机器视觉装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有自适应液晶滤光屏的焊接区机器视觉装置

背景技术

电弧焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊以及这些焊接方法复合后的复合焊接，是现代焊接生产中常用的一些焊接方法，其都具有强发光的特性，为了避免强光辐射，人们一般采用各种滤光镜片观察焊接过程。

随着计算机技术、光电传感技术及信息处理技术的发展，机器视觉开始逐步应用于焊接过程监控，然而，在以上的各种焊接方法中，热源本身发出来的强光会严重干扰焊接区的视觉效果，为了滤除这些强光，人们想出了各种办法，如采用窄带滤光片、小电流下采像、强光遮挡等，然而这些方法均只针对某些具体的焊接过程，有些方法实现起来也比较困难。

为了适应各种焊接方法对机器视觉滤光特性的不同要求，本发明设计了一种带有自适应液晶滤光屏的焊接区机器视觉装置。

发明内容

1.本发明的目的在于提供一种带有自适应液晶滤光屏的焊接区机器视觉装置，以获得清晰的焊接区图像，尤其是熔池的图像。该装置如图1所示，一种带有自适应液晶滤光屏的焊接区的机器视觉装置，该装置包括电流电压传感器、嵌入式控制系统、触控式显示器、液晶滤光屏、液晶滤光屏驱动器、数字相机和相机外触发控制器；

嵌入式系统根据电流电压传感器所采集的焊接电流及电弧电压信号产生触发信号，并将该信号传给液晶滤光屏驱动器，以使液晶滤光屏由关闭状态切换为采像状态，同时作为帧触发信号输出给对应的数字相机。

进一步，嵌入式系统根据电流电压传感器所采集的焊接电流及电弧电压信号，给出液晶驱动器交流频率，进而控制液晶屏透过率，同时给出数字相机曝光时间控制信号，使图像亮度达到工程要求状态。

当液晶滤光屏为单色液晶屏，滤光过程不具有光谱选择特征；当液晶滤光屏为彩色液晶屏，液晶滤光屏的颜色根据弧焊方法及电流大小设置，从而使焊接区视觉传感器有光谱选择特性。

进一步，相机外触发控制器在焊接电流过零、基值或短路时刻发出外触发信号。

首先电流电压传感器将焊接过程的电流、电压等信号采集回来后传给嵌入式控制系统，该系统首先对这些信号做进一步的分析，如判断电流是交流还是直流，是脉冲还是恒流，熔滴是自由过渡还是短路过渡，然后根据判断选择合理的相机快门打开时刻，如在交流过零时刻打开、或在脉冲基值时刻打开、或在熔滴短路时刻打开。当打开时刻确定后，嵌入式系统根据实时传感的焊接电流或焊接电压信号，在该时刻发出外触发信号，控制相机采像，同时控制液晶滤光片由关闭状态切换为滤光状态。

一般来说，电焊机交流频率和脉冲频率都是固定的，因此相机和液晶屏的外触发信号也可设定为固定频率，只要定期对匹配状态进行检测即可，如不匹配，即做相应调整。

在采像时刻，滤光片的透过率，相机的曝光时间也会对图像质量产生影响，为此，本发明中的嵌入式系统根据采像时刻的电流大小、焊接方法的种类（通过触摸式显示器设置），自动调整液晶屏的驱动电流的交流频率，以控制液晶屏的透过率，同时调整相机的曝光时间，以控制相机的曝光量大小。

焊接过程发出的光具有复杂的光谱特性，选用不同的滤光屏通光波长，也会对图像质量产生影响，本发明中的液晶屏采用点阵彩色液晶屏，液晶屏通光的颜色可以设置，如此，使液晶屏的透光具有光谱选择特性。液晶屏也可以为单色，不增加光谱选择特性。

本发明的积极效果在于：

1)采用嵌入式系统和电流电压传感器，实时感知焊接过程电参数，根据电参数控制液晶屏开启时间和相机快门开启时间，保证了图像在特定时刻采集，同时保护了相机传感器免受强光长时间照射，降低了光电传感器老化速度。

2)采用嵌入式系统和电流电压传感器，实时感知焊接过程电参数，同时根据焊接方法（通过触摸式显示器设置），确定合理的曝光时间和液晶屏透过率，使光电传感器的采光量具有了自适应特性。这种调节方法与单独调整相机曝光时间相比，也可进一步减少光电传感器的总体受光量，进而延缓其老化。

3)采用彩色液晶屏，可以根据实际的焊接方法（通过触摸式显示器设置）和焊接参数，选择特定的滤光窗口，有效的增加了有用光谱和整体光谱之间的比值，提高了图像质量。采用带光谱特性的液晶屏作为滤光片，较之传统的窄带干涉滤光片，也具有了自适应的功能。

附图说明

图1自适应液晶滤光视觉系统及使用方法示意图

具体实施方式

系统的示意图及使用方法如图1所示，系统的控制部分是嵌入式系统，与其连接的有电流电压传感器，触控式显示屏，液晶滤光屏驱动器及相机外触发驱动器，电流电压传感器负责将焊接过程电参数信号采集后传递给嵌入式控制系统，触控式显示屏负责设置与显示液晶滤光屏的参数、焊接过程电参数、液晶滤光屏驱动器负责产生液晶屏驱动信号，相机外触发驱动器负责产生相机帧触发与曝光时间控制信号；液晶滤光屏驱动器与液晶屏连接，将液晶屏驱动信号传递给液晶屏；相机外触发驱动器与相机连接，将相机外触发信号传递给相机。液晶屏置于相机镜头前或镜头后，负责滤光、减光。