[发明专利]基于正面熔池图像特征的非对称角焊缝焊接质量检测方法

说明书

本发明公开了一种基于正面熔池图像特征的非对称角焊缝焊接质量检测方法，由CCD相机采集非对称角焊缝焊接的正面熔池图像，针对采集到的熔池图像的特点，利用研究的图像处理算法获取正面熔池图像的轮廓及焊枪在熔池图像中的位置，对焊枪在熔池中偏移规律以及焊后试件的熔透形态综合分析发现，当焊枪与厚板夹角变大时，角焊缝的厚板侧和薄板侧的母材熔化程度不同，焊枪相对熔池中心的位置也会向薄板一侧偏移，又由此偏移量建立偏移量与熔透形态的关系，从而实现对焊接质量的控制。

技术领域

本发明属于智能焊接技术领域，涉及焊接自动化控制，尤其是涉及一种基于正面熔池图像特征的非对称角焊缝焊接质量检测方法，具体主要是在非对称角焊缝焊接情况下的一种通过观测正面熔池特征及检测焊枪在熔池中的位置对熔透形态进行判断，进而提高焊接质量的方法。

背景技术

在桥梁、船舶、工程机械等的承重箱梁构件中存在许多单边V型坡口构成的不等厚非对称角焊缝。相比结构相对简单的对称焊缝而言，此类非对称角焊缝由于两侧板厚度不同，导致其散热差异较大，焊缝成形难以控制，容易产生未熔合缺陷或焊漏薄板的情况，很大程度上影响到了焊接接头的质量。因此目前在实际生产中，非对称角焊缝焊接大部分还是手工焊接，效率低且工作环境差，焊工需要密切观察熔池形貌特征，同时调节焊枪角度和焊接速度，达到焊接质量的目的，所以此类焊接条件下的焊接质量与焊工本人实际经验密切相关。焊接自动化控制是希望通过自动控制的方式实时检测熔透形态，通过反馈实现自动调整焊接参数，使熔透形态始终在一个可接受的范围内波动，从而达到保证焊接质量的目的。但是由于非对称角焊缝结构特殊，要在非对称角焊缝焊接中实现这一技术还有一定难度。

近些年计算机视觉技术发展迅速，已成为焊接自动化控制研究中的重要工具，利用相机采集正面熔池图像，再由熔池图像提取特征信息来反映熔透形态是研究焊缝成形控制的一种常见方法。从研究现状来看，对焊缝熔透成形控制的研究基本都是针对对称焊缝，主要工作是建立熔池传感信息与熔透形态之间的关系。但非对称角焊缝的结构严重影响热量在两侧的分布，所以此类焊缝熔透情况相对复杂，寻找熔池信息与熔透质量之间的关系也更为困难，对此类结构熔透控制的研究还很少。

在非对称角焊缝焊接过程中，由于焊缝两侧结构差异大导致在焊接时易产生未熔合缺陷或焊穿薄板的问题，最终导致焊接质量难以保证，影响工件的后期使用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种由正面熔池图像特征判断内部熔池熔透形态的方法。此方法解决了非对称角焊缝焊接情况下寻找熔池特征与熔透形态之间关系的问题，可有效应用在非对称角焊缝焊接的熔透质量控制方面。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于正面熔池图像特征的非对称角焊缝焊接质量检测方法，包括以下步骤：

步骤(1)安装及调试实验装置，将CCD相机沿焊接方向安装在自动焊机器上并且其与水平面的夹角为60°；工件放置在支架上，焊枪角度45°时，焊枪中心垂直于水平面；所述自动焊机器为时代TDW4000脉冲TIG焊焊机；

步骤(2)进行焊接试验，采集熔池图像，非对称角焊缝焊接试件包括厚板和薄板，取焊后焊接试件中段，沿垂直于焊缝轴线方向截取试样，切割、打磨、抛光后并用腐蚀剂进行腐蚀，在金相显微镜下观察不同组角焊缝两侧的熔透情况；由于TIG焊焊接时弧光干扰较强，选取脉冲焊焊接电源并在基值电流段获取熔池图像；

步骤(3)图像滤波处理，为除去熔池图像中存在的噪声，先对图像进行中值滤波处理，再用巴特沃斯低通滤波器通过低频过滤掉或者衰减高频，减弱了弧光以及反射的弧光对图像处理的干扰，大大削弱了弧光对于区分熔池边界的影响；

步骤(4)直方图均值化处理，直方图均衡化利用灰度变换自动调节扩大图像的动态范围，提高了对比度和灰度色调的变化，使图像边界更加清晰；

步骤(5)图像边缘提取，使用Canny双阈值进行边缘检测，再利用多项式对熔池图像边缘和钨极边缘进行拟合，可以得到较为完整的边缘；