本申請涉及焊接，具體而言，涉及一種主動式熔池觀測裝置、焊接與觀測系統(tǒng)與熔池觀測方法。

背景技術(shù)：

1、焊接過程中的熔池觀測主要包含主動式觀測和被動式觀測兩種類型，主動式觀測主要依靠外加光源對焊接產(chǎn)生的弧光進行壓制，實現(xiàn)焊接過程可視化的目的；被動式觀測主要依靠焊接過程中產(chǎn)生的弧光進行焊接過程信息采集，針對不同材料、不同焊接工藝進行焊接光譜分析，選擇合適波段的濾光鏡，在保證觀測效果的前提下實現(xiàn)高清觀測電弧。

2、目前的主動式觀測中由于光源、濾光片以及相機的適配效果較差導致觀測效果容易受到焊接弧光的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的主要目的在于提供一種主動式熔池觀測裝置、焊接與觀測系統(tǒng)與熔池觀測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中目前的主動式觀測中由于光源、濾光片以及相機的適配效果較差導致觀測效果容易受到焊接弧光的影響的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種主動式熔池觀測裝置，包括：高速高幀率相機、激光脈沖光源、極窄波段濾光片、控制器，所述控制器分別與所述高速高幀率相機和所述激光脈沖光源電連接，所述高速高幀率相機的鏡頭正對焊槍，且所述極窄波段濾光片設置在所述鏡頭和所述焊槍之間，其中，所述控制器協(xié)同觸發(fā)所述高速高幀率相機的曝光時間和所述激光脈沖光源的頻閃時間，以對待觀測熔池的圖像進行捕獲，且在所述高速高幀率相機的曝光時間內(nèi)激光瞬時峰值信號強度高于弧光強度。

3、可選地，所述裝置還包括相機支架，所述高速高幀率相機固定安裝在所述相機支架上；和/或，所述裝置還包括光纖和光纖接頭，所述光纖的第一端連接所述激光脈沖光源，所述光纖的第二端連接所述光纖接頭，所述激光脈沖光源發(fā)出的所述激光脈沖經(jīng)過所述光纖和所述光纖接頭后相交于所述焊槍的焊絲尖端。

4、可選地，所述激光脈沖光源的波段為近紅外光波段。

5、可選地，所述高速高幀率相機的曝光時間對應的弧光為預設波段的弧光，所述預設波段為多個波段中平均弧光強度最小的波段。

6、根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種焊接與觀測系統(tǒng)，包括：任意一種所述的主動式熔池觀測裝置；焊槍、以及夾持且控制所述焊槍運動的焊接機器人。

7、根據(jù)本申請的又一個方面，提供了一種應用于焊接與觀測系統(tǒng)的熔池觀測方法，包括：發(fā)送開啟焊接指令至焊接機器人，以觸發(fā)焊接；在焊接的過程中協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，以對待觀測熔池的圖像進行捕獲，得到觀測圖像。

8、可選地，在焊接的過程中協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，以對待觀測熔池的圖像進行捕獲，得到觀測圖像，包括：在焊接的過程中感測到預設波段的弧光的同時，協(xié)同觸發(fā)所述高速高幀率相機的曝光時間和所述激光脈沖光源的頻閃時間，以對所述待觀測熔池的圖像進行捕獲，得到所述觀測圖像，其中，所述預設波段為多個波段中平均弧光強度最小的波段。

9、可選地，所述高速高幀率相機和所述激光脈沖光源均具有外部觸發(fā)功能，在焊接的過程中協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，包括：控制器生成同步信號；將所述同步信號同時發(fā)送至所述高速高幀率相機的外部觸發(fā)接口和所述激光脈沖光源的外部觸發(fā)接口，以協(xié)同觸發(fā)所述高速高幀率相機的曝光時間和所述激光脈沖光源的頻閃時間。

10、可選地，控制器生成同步信號，包括：在所述控制器中構(gòu)建一個軟件定時器，其中，所述軟件定時器采用中斷的方式實現(xiàn)定時功能；采用所述軟件定時器生成所述同步信號。

11、可選地，在得到所述觀測圖像之后，所述方法還包括：對所述觀測圖像進行相關處理，得到處理結(jié)果，所述相關處理包括圖像濾波處理、邊緣檢測處理、特征提取處理；根據(jù)所述處理結(jié)果對熔池的形狀特性、尺寸特性和溫度特征中的至少之一進行評估，得到評估結(jié)果。

12、應用本申請的技術(shù)方案，在對焊件進行焊接的過程中，通過協(xié)同觸發(fā)所述高速高幀率相機的曝光時間和所述激光脈沖光源的頻閃時間，在高速高幀率相機的曝光時間內(nèi)激光瞬時峰值信號強度遠高于弧光強度，實現(xiàn)激光對弧光的壓制，其他時間信號不在該范圍內(nèi)而被有效濾除，不會被捕獲；且結(jié)構(gòu)上選用高速高幀率相機實現(xiàn)對不同光亮區(qū)域的焊接信息捕捉，激光脈沖光源具有能量大、穿透能力強的優(yōu)勢，極窄波段濾光片實現(xiàn)極窄波段的透過，激光脈沖光源和極窄波段濾光片的配合使用實現(xiàn)較為合適的焊接波段的選擇，如上，通過硬件的合適的選擇以及協(xié)同觸發(fā)的設計，實現(xiàn)較好的主動式熔池觀測。

技術(shù)特征：

1.一種主動式熔池觀測裝置，其特征在于，包括：高速高幀率相機、激光脈沖光源、極窄波段濾光片、控制器，所述控制器分別與所述高速高幀率相機和所述激光脈沖光源電連接，所述高速高幀率相機的鏡頭正對焊槍，且所述極窄波段濾光片設置在所述鏡頭和所述焊槍之間，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式熔池觀測裝置，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式熔池觀測裝置，其特征在于，所述激光脈沖光源的波段為近紅外光波段。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式熔池觀測裝置，其特征在于，所述高速高幀率相機的曝光時間對應的弧光為預設波段的弧光，所述預設波段為多個波段中平均弧光強度最小的波段。

5.一種焊接與觀測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.一種應用于權(quán)利要求5中的焊接與觀測系統(tǒng)的熔池觀測方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔池觀測方法，其特征在于，在焊接的過程中協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，以對待觀測熔池的圖像進行捕獲，得到觀測圖像，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔池觀測方法，其特征在于，所述高速高幀率相機和所述激光脈沖光源均具有外部觸發(fā)功能，在焊接的過程中協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熔池觀測方法，其特征在于，控制器生成同步信號，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的熔池觀測方法，其特征在于，在得到所述觀測圖像之后，所述方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N主動式熔池觀測裝置、焊接與觀測系統(tǒng)與熔池觀測方法。該裝置包括：高速高幀率相機、激光脈沖光源、極窄波段濾光片、控制器，控制器分別與高速高幀率相機和激光脈沖光源電連接，高速高幀率相機的鏡頭正對焊槍，且極窄波段濾光片設置在鏡頭和焊槍之間，其中，控制器協(xié)同觸發(fā)高速高幀率相機的曝光時間和激光脈沖光源的頻閃時間，以對待觀測熔池的圖像進行捕獲，且在高速高幀率相機的曝光時間內(nèi)激光瞬時峰值信號強度高于弧光強度。解決了現(xiàn)有技術(shù)中主動式觀測中由于光源、濾光片以及相機的適配效果較差導致觀測效果容易受到焊接弧光的影響的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：馮消冰,劉愛平,陳艷北
受保護的技術(shù)使用者：北京博清科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10