第32卷第12期 2011年12月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHECHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.32No.12 December 2011
基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测
张秉刚，石铭霄，陈国庆，冯吉才
（1.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001； 2.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室，兰州730050）
摘要：基于视觉传感的方法，获得了钛合金电子束焊熔池图像，采用二值形态学图像处理算法对熔池图像进行了处理，得到了熔池的边缘，并在此基础上利用自已开发的一套熔宽提取程序实现了熔宽的准确提取，找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系，当熔宽波动较大时，表面成形较差，而当熔宽波动较小时，表面成形较好，经过分析，提出用变异系数C、作为表征量对焊缝表面成形进行描述，结果表明，所开发的图像处理算法的熔宽检测误差均在0.1mm以内，完成整个熔宽提取过程所需时间大约为30ms，可以满足实时检测的需要，变异系数可以反应焊缝表面成形的好坏，为焊缝表面成形的控制创造了条件。
关键词：视觉传感；电子束焊；二值形态学；表面成形；表征量
中图分类号：TG115.28文献标识码：A文章编号：0253-360X(2011)12-0001-04
0序言
焊缝表面成形是影响焊接质量的主要因素，因此，如果能够找到合适的表征量对焊缝表面成形情况进行预测无疑具有重要的工程应用价值，由于凝固后的熔池即是焊缝，所以熔池的形状就决定了焊缝的形状，面熔池的形状是由熔池的几何特征参数所决定，这就提示了可以通过熔池的几何特征参数来反映焊缝表面成形.但是目前对于电子束焊接焊缝表面成形预测的研究鲜见报道，所以开展这方面的研究工作就具有重要的理论及实际意义
文中利用建立的一套彩色视觉传感系统对熔池的动态过程进行了实时传感，应用二值形态学图像处理方法对熔池图像进行了处理，提取出了熔宽找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系，从而确定出合适的表征量对焊缝表面成形进行描述，为准确的预测焊缝表面成形提供了理论依据。
1试验系统
所建立的焊接熔池视觉传感系统如图1所示，主要包括法国TECHMETA公司生产的MEDARD45 型真空电子束焊机，CCD工业摄像机，工业变倍缩
收稿日期：2011-09-18
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（2010CB731704）万方数据
张秉附
放镜头，普通台式计算机，由防护片和窄带滤光片组成的复合滤光系统，摄像机防护罩等
阴极阳极
电子束聚焦线圈编转线固
工件一
高压电缆计算机摄像机一真空室
图1熔池视觉传感系统
Fig.1 Visual sensing system of molten pool
复合滤光系统主要由防护片和牵带滤光片组成，电弧光谱的分布特征是在连续的背景谱上叠加些离散的特征谱（2），而滤光的关键就是选取一个合适的滤光窗口，在该窗口内弧光的特征谱线较少，基本为强度较弱的连续谱，以避开电弧强谱线的干扰，将弧光对摄像机成像质量的影响减到最小，利用熔池金属自身的发光和剩余弧光的照明作用，实现熔池在CCD传感器上的成像，通过试验研究，选择中心波长为660nm，半宽为±10mm，峰值透射率为