第35卷第4期 2014年4月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 微间隙焊缝磁光成像检测方法
高向东'，甄任贺1,2
Vol.35 April
（1.广东工业大学机电工程学院，广州510006；2.广东技术师范学院自动化学院，广州510635）
No.4 2014
摘要：针对激光焊接紧密对接微间隙(0~0.1mm)焊缝，研究一种基于法拉第磁光效应成像的焊缝检测新方法以碳钢平板对接激光焊为试验对象，采用磁场激励器使焊件感应磁性并在焊缝处改变磁场分布，磁光传感器置于待测焊缝上方，不同磁场强度将导致磁光传感器偏振光不同角度的旋转，形成反映焊缝位置特征的磁光图像，对焊缝磁光图像进行滤波去噪、灰度转换以及形态学等处理，快速准确地提取出焊缝中心位置。结果表明，磁光图像能够有效反映微间原焊缝位置，可以获得较高的测量精度，为解决微间隙焊缝检测和跟踪问题提供了一条有效途径关键词：磁光成像；微间隙焊缝；激光焊接
中图分类号：TG456.7 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2014)04001104
焊缝磁光成像机理及试验系统
激光焊接具有功率密度高、焊接速度快、大深宽比和热影响区小等优点，已成为一种重要的焊接技术1,2]．精确的焊缝跟踪是保证激光焊接质量的关键，在焊接过程中必须控制激光束始终对正焊缝中心，为此首先需要解决的问题是实时准确地检测焊缝位置3，焊缝跟踪最常用的方法是结构光检测法，即将条形结构光横跨于焊缝，当焊缝有一定间隙或形变时，条形光将随之变形.利用与结构光波长相匹配的视觉传感器获取变形的条形光，通过三角测量原理和图像处理得到焊缝位置信息：但该方法一般股局限于检测间隙大于0.1mm的焊缝，对于激光焊接过程遇到的紧密对接、无坡口、间隙小于0.1 mm的焊缝，则难以实现自动检测和跟踪
研究一种基于磁光成像传感的焊缝识别新方法，磁光成像基于磁感应原理与法拉第磁光旋转效应[4.5]，并由此构建磁光传感器以磁场感应器激励焊件使其感应出磁场，磁场分布将在焊缝间隙处改变，引起该处的垂直磁场分量发生变化．磁光传感器在该磁场的作用下产生磁光图像，通过分析焊缝磁光图像特征获取焊缝位置测量值首先论述磁光成像机理和试验系统，其次分析微间隙焊缝对应的磁光图像过渡带特征，最后对焊缝识别和跟踪误差进行闸述
收稿日期：2013-09-09
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175095）；广东省自然科
学基金资助项目（10251009001000001）；广东省学科建设科技创新项目（2013KJCX0063）
磁旋光效应
1.1
法拉第磁旋光效应为当一束线偏振光通过旋光性介质时，如果在介质中沿光传播方向施加外磁场则光通过介质后，光的振动面转过一角度6.法拉第磁光效应如图1所示转角θ在材料确定的情况下，主要与光的波长、外磁场的强度、光在介质中经过的路程有关，对于顺磁或抗磁介质转角的大小为
=VBL
(1)
式中：B为外加磁场磁感应强度；L为介质中的光程；V为费尔德（Verdet）常数
偏振光旋转角度
人射偏振光 AAAAA
AAAAA
人射偏振光方向
外加磁场旋光介质
图1法拉第磁光效应示意图
Fig. 1Schematic diagram of Faraday magneto-optical effect 1.2试验系统
图2为激光焊接试验系统示意图采用碳钢为试验焊件，焊缝间隙为0~0.1mm，板厚为1.84 mm.磁场激励器固定于焊件下方并感应焊件，磁光