本發(fā)明涉及電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鎖孔深熔TIG焊是一種新型的中厚板焊接方法。鎖孔深熔TIG焊焊接過程時(shí)，電弧長(zhǎng)度變化對(duì)焊接穩(wěn)定性的影響很大。如果弧長(zhǎng)變化超過一定范圍，焊接過程將變得不穩(wěn)定。在焊接較長(zhǎng)的平板對(duì)接焊縫時(shí)，由于大型鋼板平面度較差，總存在一定的翹曲，因此整條待焊焊縫并不完全水平，而是在存在一定程度的高度偏差。同時(shí)，由于鎢極的燒損、前道焊縫、熔池變化使弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)阻力不斷變化，進(jìn)而導(dǎo)致電弧長(zhǎng)度也隨之變化。為了保持焊接過程的穩(wěn)定性，需要使弧長(zhǎng)穩(wěn)定在某一設(shè)定值附近。

目前，焊接弧長(zhǎng)檢測(cè)通常采用電弧電壓反饋、距離測(cè)量等方式進(jìn)行弧長(zhǎng)控制。當(dāng)采用弧壓檢測(cè)方式時(shí)，需要使用霍爾傳感器對(duì)電弧電壓進(jìn)行采集，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電壓信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路易受焊接過程中的電磁干擾，所以采集的信號(hào)中往往包含了大量的干擾信號(hào)。另外，由于電壓信號(hào)的變化是弧長(zhǎng)變化的間接物理量，因此往往滯后于弧長(zhǎng)變化，所以使用弧壓反饋控制時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性欠佳。當(dāng)采用距離測(cè)量時(shí)，得到的是熔池區(qū)附近的焊件表面到導(dǎo)電嘴的距離，精度不高，同樣需要易受干擾的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)上述可知，現(xiàn)有電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制技術(shù)中，存在易受干擾、信號(hào)滯后、精度不高等弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用高動(dòng)態(tài)范圍相機(jī)采集焊接圖像，并通過圖像處理的方法檢測(cè)電弧長(zhǎng)度的鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)，基于視覺的弧長(zhǎng)檢測(cè)和控制方案，具有精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)，包括：視覺傳感部分、嵌入式圖像處理控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和焊接系統(tǒng)；所述焊接系統(tǒng)在弧焊接時(shí)，所述

視覺傳感部分，用于采集焊接圖像；

嵌入式圖像處理控制器，對(duì)所述焊接圖像進(jìn)行處理，得到電弧長(zhǎng)度檢測(cè)值；并將所述長(zhǎng)度檢測(cè)值與給定電弧長(zhǎng)度值進(jìn)行比較，得到電弧長(zhǎng)度偏差值；

執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)電弧長(zhǎng)度偏差值調(diào)整調(diào)整焊炬，以保持導(dǎo)電嘴與焊接工件之間的距離恒定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：

不需要額外的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，抗干擾能力強(qiáng)；

使用寬動(dòng)態(tài)范圍工業(yè)相機(jī)采集清晰的焊接圖像，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列的圖像處理，從而檢測(cè)電弧長(zhǎng)度，具有精度高的優(yōu)點(diǎn)；

使用的工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)采集焊接圖像，并可快速檢測(cè)電弧長(zhǎng)度，與電弧電壓反饋、距離測(cè)量等方式等傳統(tǒng)弧長(zhǎng)檢測(cè)方法相比，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；

采用了基于視覺傳感的嵌入式架構(gòu)，體積較小，成本較低。工業(yè)相機(jī)質(zhì)量較輕，固定在焊炬上時(shí)，焊炬的可到達(dá)性較好。

附圖說明

圖1是鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖像處理控制器使用的DaVinci芯片示意圖；

圖3是寬動(dòng)態(tài)范圍工業(yè)相機(jī)采集的焊接圖像；

圖4是弧長(zhǎng)檢測(cè)圖像處理算法步驟圖；

圖5是弧長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果圖；

圖6是鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)控制框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

如圖1所示，為鎖孔深熔TIG焊電弧長(zhǎng)度檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括視覺傳感部分、嵌入式圖像處理控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和焊接系統(tǒng)；所述焊接系統(tǒng)在弧焊接時(shí)，所述

視覺傳感部分，用于采集焊接圖像；

嵌入式圖像處理控制器，對(duì)所述焊接圖像進(jìn)行處理，得到電弧長(zhǎng)度檢測(cè)值；并將所述長(zhǎng)度檢測(cè)值與給定電弧長(zhǎng)度值進(jìn)行比較，得到電弧長(zhǎng)度偏差值；

執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)電弧長(zhǎng)度偏差值調(diào)整調(diào)整焊炬，以保持導(dǎo)電嘴與焊接工件之間的距離(CTWD，Contact Tip to Work Distance)基本恒定，從而減少CTWD變化對(duì)焊接穩(wěn)定性的影響。

上述視覺傳感部分由高動(dòng)態(tài)范圍工業(yè)相機(jī)、長(zhǎng)焦距鏡頭和聚甲基丙烯酸甲酯保護(hù)鏡片組成；所述聚甲基丙烯酸甲酯保護(hù)鏡片安裝在長(zhǎng)焦距鏡頭前，以防止焊接過程中產(chǎn)生的意外飛濺污染鏡頭。

上述嵌入式圖像處理控制器采用DaVinci雙核芯片，包括DSP核和ARM核(如圖2所示)，其中，DSP核負(fù)責(zé)圖像處理，提取電弧長(zhǎng)度；ARM核按一定的時(shí)間間隔觸發(fā)寬動(dòng)態(tài)范圍相機(jī)采集圖像(采集的焊接圖像如圖3所示)；圖像中電弧區(qū)域?qū)榍逦?，然后交由DSP核進(jìn)行圖像處理。

上述得到電弧長(zhǎng)度檢測(cè)值的具體過程包括：

采集的焊接圖像經(jīng)過集成在嵌入式圖像處理控制器內(nèi)部的圖像處理算法得到電弧區(qū)域；然后通過搜索算法得到電弧區(qū)域的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，根據(jù)電弧區(qū)域的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)確定電弧長(zhǎng)度檢測(cè)值(弧長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果如圖5所示)。DSP核檢測(cè)出電弧長(zhǎng)度后，將該值傳送回ARM核。ARM核將電弧長(zhǎng)度檢測(cè)值與預(yù)先設(shè)置的電弧長(zhǎng)度給定值相比較，得到電弧長(zhǎng)度偏差值，傳送給檢測(cè)控制器外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊炬運(yùn)動(dòng)，從而保持CTWD基本恒定，減少CTWD變化對(duì)焊接穩(wěn)定性的影響。檢測(cè)控制系統(tǒng)控制框圖如圖6所示。

上述算法主要處理步驟如圖4(a、b和c)所述嵌入式圖像處理控制器內(nèi)部的圖像處理算法包括：固定選取感興趣區(qū)域、固定閾值二值化和形態(tài)學(xué)開運(yùn)算，得到電弧區(qū)。

搜索算法的偽代碼如下：

(1)求取電弧區(qū)的質(zhì)心

(2)由質(zhì)心向上搜索

(3)由質(zhì)心向下搜索

(4)電弧區(qū)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的距離即為所求的電弧弧長(zhǎng)。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。