[发明专利]利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法

权利要求书

1.利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，在焊接过程中焊枪垂直于工件进行焊接工作，沿着焊接方向设置成像屏幕，在成像屏幕外侧设置高速摄像机，成像屏幕和高速摄像机设置在一条直线上并对准焊缝中央位置，激光器对准焊接熔池，以使激光能够入射到焊接熔池中，在焊接过程中进行高速摄像，以得到焊接过程中反射的激光条纹图案，分别对应未熔透、临界熔透和全熔透三种熔透状态的焊缝；

步骤2，利用MATLAB软件对步骤1得到的一个脉冲期间的所有激光条纹图案进行操作，以得到去除背景的激光条纹反射图案，对得到的一个脉冲期间内的所有激光条纹图案进行累加操作并二值化，计算累加所有激光条纹图案所得图像的灰度和—Image_Grayscale，并将Image_Grayscale对时间t做出实时变化图；选取未熔透、临界熔透和全熔透焊缝对应的Image_Grayscale-t图，求取稳定阶段的Image_Grayscale平均值，确定不同熔深状态下对应的特征值的范围，用于判断在焊接过程中焊缝是否达到全熔透状态；

步骤3，将焊缝临界熔透状态下对应的Image_Grayscale范围设定为Image_Grayscale*，对焊接过程中每n个脉冲周期对应的Image_Grayscale取平均值并与Image_Grayscale*进行比较：(1)开始焊接时，Image_GrayscaleImage_Grayscale*，Image_Grayscale有一个上升的过程；(2)焊接稳定后，(a)若Image_Grayscale未有超过Image_Grayscale*，则表明该热输入不能到临界熔透，则需要增加热输入，增加热输入过程中，若Image_Grayscale继续增长，且未达到Image_Grayscale*，则需要进一步增加热输入，直至达到Image_Grayscale*；(b)若Image_Grayscale达到Image_Grayscale*且在一定范围内波动则需增加些许热输入，使其达全熔透，这时Image_Grayscale会有所降低；(c)若Image_Grayscale达到Image_Grayscale*且有所下降，这是需观察下降幅度，或保持当前热输入不变，或减小热输入观察是否有所回升，以确定稳定的熔透状态且不致产生过熔透。

2.根据权利要求1所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤1中，成像屏幕采用贴有白纸的塑料板。

3.根据权利要求1所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤2中，采用脉冲峰值电流期间进行高速摄像和图像处理，脉冲峰值电流期间内所有激光条纹图案进行累加操作并二值化。

4.根据权利要求1所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤2中，所有激光条纹图案进行累加操作并二值化后，图像中黑色部分为零，条纹为壹，计算累加所有激光条纹图案所得图像的灰度和，即表示在图像中条纹分布的面积。

5.根据权利要求1所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤2中，利用MATLAB软件的图像处理函数对激光条纹图案进行操作，依次进行高斯带通滤波、腐蚀、膨胀、去除背景、阈值分割、中值滤波、骨架化和去毛刺，得到去除背景的激光条纹反射图案。

6.根据权利要求1所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤3中，n根据计算效率、滤波效果及控制效果进行选定。

7.根据权利要求6所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，其特征在于，在步骤3中，n为10—100。

8.如权利要求1—7之一所述的利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法在脉冲电弧焊接过程控制中的应用。