[发明专利]一种薄壁环缝端接质量在线监测与缺陷定位系统及方法

权利要求书

1.一种薄壁环缝端接质量在线监测与缺陷定位方法，其特征在于，所述薄壁环缝端接质量在线监测与缺陷定位采取如下系统：该系统包括焊枪(1)、焊接电源(2)、旋转工作台(3)、焊件(4)和旋转工作台控制器(5)，其特征在于所述系统还包括旋转编码器(6)、数据采集设备(7)、工控机(8)、熔池显微视觉传感系统(9)、图像采集设备(10)和同步控制器(11)；所述熔池显微视觉传感系统(9)包括高倍放大光学系统(13)、滤光片(14)和工业相机(15)，所述工业相机(15)和所述滤光片(14)装配在一起，所述滤光片(14)和所述高倍放大光学系统(13)装配在一起；所述焊枪(1)通过焊接电缆连接所述焊接电源(2)的负极，所述焊接电源(2)的正极通过焊接电缆与所述旋转工作台(3)相连接；所述焊接电源(2)通过控制线与所述旋转工作台控制器(5)相连接；所述旋转工作台控制器(5)通过控制线与所述旋转工作台(3)相连接；所述旋转编码器(6)通过联轴器与所述旋转工作台(3)的主动轴连接；所述旋转编码器(6)通过信号线与所述数据采集设备(7)相连接；所述数据采集设备(7)通过信号线与所述工控机(8)相连接；所述熔池显微视觉传感系统(9)通过信号线连接所述图像采集设备(10)，所述图像采集设备(10)通过信号线连接所述工控机(8)，所述工控机(8)通过控制线与所述同步控制器(11)相连接；所述同步控制器(11)与通过控制线分别与所述焊接电源(2)、数据采集设备(7)和熔池显微视觉传感系统(9)中的工业相机(15)相连接；所述同步控制器(11)通过软件编程实现与工控机(8)、焊接电源(2)、熔池显微视觉传感系统(9)和数据采集设备(7)的通信和控制；

所述方法包括如下步骤：

1)开始焊接，同时旋转工作台(3)开始旋转；焊接过程中焊枪(1)保持固定位置和姿态，焊件(4)和旋转编码器(6)随旋转工作台(3)旋转；

2)监测开始，建立熔池显微视觉传感系统(9)的图像坐标系UOV，使UOV的U轴正方向与焊接方向一致，采用同步控制器(11)同时触发熔池显微视觉传感系统(9)和数据采集设备(7)；熔池显微视觉传感系统(9)从焊接熔池后方拍摄熔池区域，图像采集设备(10)采集熔池瞬态图像并传输至工控机(8)进行存储并显示，工控机(8)对每一帧图像进行实时图像处理提取熔池宽度w_max和熔池形心C在熔池显微视觉传感系统(9)的图像坐标系UOV下的坐标(u_c,v_c)后存储并显示；数据采集设备(7)对旋转编码器(6)输出信号进行同步采集，输出旋转工作台(3)的角位移数据至工控机(8)进行存储并显示；

3)焊接结束，旋转工作台(3)停止旋转，监测结束，图像采集设备(10)和数据采集设备(7) 停止采集，得到长度为n的熔池瞬态图像序列{Gⁱ},i＝1,2,...,n、长度为n的熔池宽度序列和长度为n的熔池形心坐标序列其中，为熔池瞬态图像序列{Gⁱ}中第i帧图像Gⁱ的熔池宽度，和分别为熔池瞬态图像序列{Gⁱ}中第i帧图像Gⁱ的熔池形心C的U轴坐标和V轴坐标，n为焊接过程中采集到的图像总帧数；

4)工控机(8)对已获取的熔池宽度序列和熔池形心坐标序列中熔池形心U轴坐标序列分别进行滤波，得到滤波后的熔池宽度序列和滤波后的熔池形心U轴坐标序列

5)根据无缺陷焊接状态下熔池宽度和熔池形心坐标监测信号时域特征的统计结果，采用工控机(8)分别设置熔池宽度阈值和熔池形心U轴坐标阈值

6)对滤波后的熔池宽度序列进行谷值检测，得到的谷值序列其中，k为检测出的谷值总个数；将中每一项谷值与进行比较后，将数值小于的谷值所在时刻标记为缺陷出现时刻并存储，即判断该处存在局部未熔合或不连续焊缝；对滤波后的熔池形心U轴坐标序列进行峰值检测，得到的峰值序列其中，m为检测出的峰值总个数；将中每一项峰值与进行比较后，将坐标值大于的坐标所在时刻标记为缺陷出现时刻并存储，即判断该处存在局部未熔合或不连续焊缝；

7)依时间先后顺序检测所有已标记为缺陷出现时刻的时刻中是否存在相邻两时刻的时间间隔小于q，若存在任意两相邻时刻的时间间隔小于q，则将该两时刻中的后一时刻的标记取消，其中，q＝σ·Δt，σ为取值大于1小于10的正整数，Δt为图像采集设备的采样间隔；否则则进入步骤8)；

8)检索并记录每一个已标记为缺陷出现时刻的时刻所对应的旋转工作台（3）的角位移数据，并标记为缺陷位置。