[发明专利]一种电子束焊熔池图像视觉传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像视觉传感系统。

背景技术

焊接熔池的相关特征参数，如熔深，熔宽等是影响焊接接头机械性能的重要因素，并为焊接过程质量控制提供了重要的数据信息，通过对熔池某些参数的控制就可以实现对焊接质量的控制，获得满足使用要求的焊缝。因此，焊接熔池动态过程的传感与控制成为近年来焊接自动化领域研究的热点问题之一。

焊接熔池视觉传感具有提供信息量丰富直观，灵敏度高，动态响应特性好，抗干扰能力强等优点，是目前最为重要的熔池传感与检测方法。但是目前对于熔池视觉传感的研究多集中于电弧焊等传统焊接工艺，电子束焊由于在真空环境下进行，焊接过程中又伴随有强烈的电磁干扰，要实现对熔池图像的实时采集难度较大，目前国内外解决这一问题的合理方法尚未见报道。

发明内容

本发明是为了解决采集电子束焊接过程中熔池图像实时性差的问题，提供一种电子束焊熔池图像视觉传感系统。

一种电子束焊熔池图像视觉传感系统，它包括发射阴极、接收阳极、聚焦线圈、偏转线圈、CCD摄像机、真空室和计算机；发射阴极、接收阳极、聚焦线圈、偏转线圈、CCD摄像机均位于真空室中；在发射阴极上施加高压电，使发射阴极和接收阳极之间产生电子束；所述电子束入射至聚焦线圈的中心，并在聚焦线圈的作用下聚焦后入射至偏转线圈的中心，在所述偏转线圈的作用下产生偏转后入射至工作件的上表面，并在待测工作件的上表面形成电子束焊熔池；CCD摄像机采集所述电子束焊熔池的图像，并将所述图像输出给计算机。

有益效果：本发明通过CCD摄像机能够对电子束焊熔池图像进行采集，实时性较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；图2是视觉传感系统标定示意图；图3是摄像机与工件的工作角度示意图；图4是具体实施方式十中实验获得的熔池图像；图5是当电子束流为55mA，焊接速度为8mm·s^-1时获得的熔池图像；图6是当镜头前端距离熔池的距离为120mm，镜头与工件之间的夹角为50°时获得的熔池图像；图7是窄带滤光片的中心波长为640nm时获得的熔池图像；图8是窄带滤光片的中心波长为630nm时获得的熔池图像；图9是窄带滤光片的中心波长为649.95nm时获得的熔池图像。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，一种电子束焊熔池图像视觉传感系统，它包括发射阴极2、接收阳极3、聚焦线圈4、偏转线圈5、CCD摄像机7、真空室8和计算机9；发射阴极2、接收阳极3、聚焦线圈4、偏转线圈5、CCD摄像机7均位于真空室8中；在发射阴极2上施加高压电，使发射阴极2和接收阳极3之间产生电子束；所述电子束入射至聚焦线圈4的中心，并在聚焦线圈4的作用下聚焦后入射至偏转线圈5的中心，在所述偏转线圈5的作用下产生偏转后入射至工作件6的上表面，并在待测工作件6的上表面形成电子束焊熔池；CCD摄像机7采集所述电子束焊熔池的图像，并将所述图像输出给计算机。

本实施方式中的CCD摄像机7为彩色摄像机。

本实施方式中，电子束焊彩色熔池图像视觉传感系统利用摄像机自带的SDK软件开发包和MATLAB相结合，实现电子束焊彩色熔池图像的实时采集和处理，具体过程如下：

(1)对待焊工件进行预处理，用夹具固定好后放入真空室内；

(2)设置摄像机参数：在软件中将摄像机的曝光时间和增益设置为软件自动调整，从而实现对摄像机曝光量的控制，使拍摄的熔池图像光照强度在合理的范围之内，曝光时间的调整范围是1/10000s～30s，增益的调整范围是260～1023。曝光方式为帧曝光，以满足拍摄熔池这种运动物体的需要。帧速率设置为30fps；

(3)调整摄像机的空间位置；调整镜头前端距离熔池的距离d和镜头与工件之间的夹角α，经试验研究，当d的范围在110～170mm，α的范围在30～60°时，拍摄效果较好，可以获得清晰的熔池图像；

(4)对摄像机进行电磁屏蔽处理后装上镜头防护罩用专用夹具固定在真空室内：将导电布作为屏蔽材料缠绕在摄像机上，在摄像机表面构成一层屏蔽罩，将焊接过程中产生的强烈的电磁干扰屏蔽掉；镜头防护罩是保护镜头在焊接过程中不受高温金属蒸汽和金属飞溅的损伤，同时对镜头也起到一定的屏蔽作用；摄像机用专用夹具固定在熔池侧上方。

(5)利用航空插头将摄像机和真空室外部计算机连接在一起：将摄像机的接口转换卡集成为USB接口，通过航空插头将摄像机和真空室外部计算机连接在一起，摄像机自动完成A/D转换，并且利用USB接口供电，无需图像采集卡和外接电源。；