[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

说明书

本发明公开利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，对于脉冲焊接过程中熔透信息的检测和表征，通过结构光反射法获得脉冲峰值期间的熔池振荡幅度信息，即在基于结构光传感法对脉冲峰值电流期间的激光反射条纹图像进行去噪处理得到条纹图案，提出了将脉冲峰值期间条纹累加以获得条纹波动及分布的面积用以表征焊接熔透状态的传感方法，从而根据得到的规律实现焊缝熔透的控制。

技术领域

本发明属于焊接过程检测技术领域，更加具体地说，涉及脉冲电弧焊质量传感及控制技术领域，即利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法。

背景技术

电弧焊接过程中，焊缝成形控制一直是研究的热点课题，焊缝的成形，尤其是熔透情况，直接关系到焊缝质量。来源可靠、提取方便、易于控制的特征信号是熔透控制的关键所在。目前，国内外提出的各种焊缝成形传感方法多集中在非熔化极气体保护焊，且多数为直流焊接。脉冲焊接过程现多采用基值期间的信号作为特征信号，这是因为在电弧焊强弧光干扰下，峰值期间的信号获取相对困难。非熔化极气体保护焊接通常焊接电流小，脉冲焊接过程基值期间焊接电流也较小，这是两者的共同特征，也就是说目前的焊缝成形传感主要停留在小焊接参数情况下，弧光干扰小的情况下。另外，非熔化极气体保护焊过程稳定，电弧或熔池均相对稳定，对传感过程是非常有利的。而对于大电流焊接和焊接过程不是很稳定的其它焊接方法因传感困难、特征信号不易提取等因素而研究很少。以脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)为例，该焊接方法能有效地控制热输入、成形好等，备受青睐，但是由于熔滴过渡和电参数周期性变化等因素加大了焊接过程的控制难度。分析脉冲焊接过程，可以发现脉冲峰值期间的热输入大小和电弧力作用直接决定了整个焊接过程的熔深/熔透等焊缝成形参数，因此传感脉冲峰值期间的信号作为特征信号用于控制焊缝成形，尤其是熔透，是非常关键和有必要的。

脉冲峰值期间通常电流大、电弧干扰强等，如何获得有用的特征信号是脉冲焊接焊缝成形控制的难点。结构光反射传感熔池法(图1)可以利用熔池与工件对于光反射的差异、激光和电弧在空间传播衰减的差异等，有效传感熔池信息。然而，在脉冲峰值大电流下，选择合适的激光波段和功率、合理选择滤光片波段、调整成像屏与电弧距离、选择合适的摄像机帧频及曝光时间等，才能有效滤除电弧光干扰，获得激光条纹反射图像。即便如此，当熔滴加入之后，激光条纹图像变得杂乱无章，给熔池传感造成很大困难。熔池振荡法主要应用在非熔化极气体保护焊(GTAW)中，熔池相对稳定，干扰相对较少，利用结构光反射法或电弧电压法均可以获得熔池的振荡频率信号，从而通过熔池体积的大小来判别焊缝成形，尤其是熔透；而在具有熔滴过渡的GMAW-P焊接过程中应用较少，熔滴的介入使得频率的测量困难。通过电弧电压传感的脉冲峰值期间的电压变化(即振荡幅度的表征)被用于GMAW-P焊接熔深的检测，信号易获得、控制方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，对于脉冲焊接过程中熔透信息的检测和表征，拟通过结构光反射法获得脉冲峰值期间的熔池振荡幅度信息，即获得一种用于脉冲电弧焊熔透检测的特征信号，从统计的角度出发，获得熔透信息并用于熔透传感与控制。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

利用反射激光条纹图像进行焊接熔透控制的方法，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；

在步骤1中，成像屏幕采用贴有白纸的塑料板。