專利名稱：視頻攝像傳感器tig焊焊縫自動跟蹤與控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及焊接過程質量實時傳感與控制技術領域中焊接對縫實時傳 感與控制，特別涉及視頻攝像傳感器TIG焊焊縫自動跟蹤與控制裝置。
背景技術：
在焊接過程中確保焊炬自動跟蹤焊縫對保證焊接質量，提高焊接自動化水平 有著極其重要的實際意義，焊縫自動跟蹤技術的關鍵是焊縫位置的傳感方法，目 前國內外倍受關注的是采用光學視覺傳感器，如采用線陣CCD、面陣CCD等作 為圖像采集的核心部件。TIG (Tungsten inert gas)焊接方法被廣泛應用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合 金等材料的焊接中，在其焊接過程中對鎢極對縫精度要求很高，如焊偏將會產生 咬邊、未熔合、未焊透等焊接缺陷，嚴重降低產品質量和生產效率，若沒有自動 跟蹤，對厚度較小的材料實現高質量、高速焊接很難實現。國外廣為采用的是采 用激光條紋作為輔助光源，采用視覺傳感器進行傳感，采用圖像處理技術進行焊 縫識別。國內在該方面研究有很多，目前未見實際應用實例。專利內容以弧光作為光源，針對TIG焊接材料及焊接參數的不同，采用中性減光片 減弱弧光強度，采用窄帶濾光片對透過減光片的弧光進行濾光，獲得窄帶焊縫反 射弧光的信息。采用視頻攝像傳感器作為檢測元件，在焊接方向上超前于鎢極10mm-30mm 攝取焊縫圖像。本專利釆用的是2132C黑白視頻攝像機(鏡頭采用:FS-LM2514)， 該視頻攝像機輸出為PAL制式的標準視頻信號，具有物美價廉、易購買等特點。采用自主研究的主要由模擬電路構成的視頻信號處理電路，對有視頻攝像傳 感器輸出的焊縫視頻信號進行放大、濾波、動態平均值二值化處理、整形、限幅、 取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號；采用自主開發的主要由51系列單片機構成的電路，對焊縫偏差進行分析、 計算及處理輸出。在本電路中通過軟件設計，以幀中心為基準判斷焊縫偏差是否 合理，計算出合理偏差的大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大 小以脈沖形式輸出給焊炬糾偏交流伺服電機驅動器將焊炬支撐機構固定于高精度電動滑移臺上，采用交流伺服電機拖動滑移 臺，實現焊炬實時快速糾偏。本專利特點釆用視頻攝像傳感器進行傳感，無接觸、無磨損，跟蹤精度高 (土0.1mm)，能可靠識別多種材料的焊縫，由于免去了大量的圖像處理，因此 響應速度非常快(40ms)，設備安裝、操作簡單，易維護，價格低廉，可廣泛應 用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合金等材料的自動焊接中。


圖l為專利技術結構框圖； 圖2為視頻信號處理電原理圖； 圖3為焊縫偏差分析、計算及處理電原理圖；具體實施方式
如圖l所示，本專利主要由減光濾光片、視頻攝像傳感器、手動滑移臺、電 動滑移臺、視頻信號處理電路、單片機電路、視頻監視器、偏差顯示電路、開 關設定、穩壓電源、交流伺服電機驅動器等部分構成。基本工作原理是透過減光濾光片，由攝像傳感器實時攝取焊接電弧前方10-30mm的焊縫圖像，傳感器輸出含有焊縫特征的標準PAL制式的視頻信號，該視頻信號被送入視頻信號處理電路，同時也送入視頻監視器進行顯示。在視頻信 號處理電路中對焊縫視頻信號進行放大、濾波、動態平均值二值化處理、整形、 限幅、取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號。將該脈沖信號送入單片機電 路，對焊縫偏差進行分析、計算及處理輸出。在單片機電路中通過軟件設計，以 幀中心為基準判斷焊縫偏差是否在合理范圍，若不合理則執行報警程序；若合理 則計算出焊縫偏差的大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大小以 脈沖形式輸出給焊炬糾偏交流伺服電機驅動器，由交流伺服電機拖動電動滑移 臺，實現焊炬實時快速糾偏。手動滑移臺作用是調整攝像傳感器與焊炬之間的相對位置關系；開關設定作用包括手動/自動選擇、電源開關、報警開關等；偏差顯示作用是進行焊縫偏差大小的顯示；穩壓電源作用是提供低壓穩壓電源.
權利要求
1. 采用黑白視頻攝像傳感器作為傳感器，其特征是價格低、易購買。
2. 采用自主研究的主要由模擬電路構成的視頻信號處理電路結構與原理，如圖2 所示。其特征是對有視頻攝像傳感器輸出的焊縫視頻信號進行放大、濾波、動 態平均值二值化處理、整形、限幅、取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號。
3. 采用自主開發的主要由51系列單片機構成的焊縫偏差進行分析、計算及處理 電路結構與原理，如圖3所示。其特征是對焊縫偏差進行分析、計算及處理輸 出，通過軟件設計，以幀中心為基準判斷焊縫偏差是否合理，計算出合理偏差的 大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大小以脈沖形式輸出給焊炬 糾偏交流伺服電機驅動器。
全文摘要
本發明是視頻攝像傳感器TIG焊焊縫自動跟蹤與控制裝置。屬于焊接過程質量實時傳感與控制技術領域，主要是針對TIG(Tungsten inert gas)焊接方法，以弧光作為光源，針對TIG焊接材料及焊接參數的不同，采用中性減光片和窄帶濾光片對弧光進行處理，采用視頻攝像傳感器作為檢測元件，在焊接方向上超前于鎢極10mm-30mm攝取焊縫圖像，對焊縫視頻信號進行處理，獲得含有焊縫特征信號；采用51系列單片機對焊縫偏差進行分析、計算及處理輸出，控制焊炬糾偏電動機，實現焊縫自動跟蹤。跟蹤精度高(±0.1mm)，能可靠識別多種材料的焊縫，響應速度快，設備安裝、操作簡單，可廣泛應用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合金等材料的自動焊接中。
文檔編號B23K9/127GK101219498SQ200710055218
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月10日 優先權日2007年1月10日
發明者宮文彪, 李云峰 申請人:李云峰