焊接高速圖像拍攝解決方案 背景意義: 在焊接工業(yè)研究中,通過對焊接熔滴過渡過程及熔池形態(tài)的圖像進行實時、直觀的觀察,獲得焊機工作穩(wěn)定性的參數(shù)以反饋控制,提高焊縫成形一致性,并可實時監(jiān)測熔池幾何尺寸,實現(xiàn)精量化控制。而拍攝焊接熔滴過渡過程和熔池的最大困難在于所觀測焊接區(qū)域不同部位光強差異極大,即觀測區(qū)域的光強動態(tài)范圍特別大(通常大于120dB):焊接中心溫度極高,為強等離子體發(fā)光,邊緣區(qū)域是材料融化后的熔池區(qū)域,溫度較低,只有較弱的光輻射。高亮度的等離子體發(fā)光會使圖像傳感器芯片曝光過度,強光部分的圖像是一片白色區(qū)域,無法看到焊接中心及邊緣的圖像細節(jié)(如下圖1紅色方框所示)。 圖1 曝光過度的焊接圖片 解決方案: 針對焊接觀測區(qū)域動態(tài)范圍極大,焊接中心強等離子發(fā)光會使圖像傳感器芯片曝光過度的問題,我們選擇大動態(tài)范圍CMOS工業(yè)相機,并配套自主研發(fā)的焊接高速圖像實時存儲系統(tǒng):AcutEye-w2009系統(tǒng),可很好實現(xiàn)高速圖像長時間記錄,AcutEye-w2009系統(tǒng)將圖像信號與焊機的電壓、電流信號同步采集、實時長時間存儲、同步顯示,形成焊接圖像及焊機電壓、電流信號專業(yè)分析環(huán)境。 AcutEye-w2009系統(tǒng)采用瑞士Photonfocus公司大動態(tài)范圍CMOS工業(yè)相機,必要時配以光學輔助手段,解決焊接中心圖像曝光過度問題。瑞士Photonfocus公司采用linlog技術來增大相機的動態(tài)范圍,對強光響應成對數(shù)特性以壓縮其灰度,對弱光響應仍然為線性,以達到平衡圖像對比度的作用,其原理如下圖2所示: 圖2 線性響應、Linlog 響應、對數(shù)響應曲線 系統(tǒng)結構: AcutEye-w2009系統(tǒng)主要包括瑞士Photonfocus為代表的大動態(tài)范圍高速工業(yè)相機、高度集成的高速圖像-焊機電壓電流信號同步采集、存儲、顯示系統(tǒng),此系統(tǒng)內集成了圖像采集卡、高速圖像存儲體、電壓、電流信號采集子系統(tǒng)等。 關鍵特性: 采用瑞士Photonfocus大動態(tài)范圍CMOS高速工業(yè)相機,動態(tài)范圍可達120dB,在Linlog功能下能有效抑制等離子的強弧光干擾,在焊機電壓、電流較小時可直接用相機拍攝,無需光學輔助系統(tǒng)即可得到對比度較好的圖像,借助光學輔助手段可得到高清晰的、細節(jié)清晰的圖像。 采用自主研發(fā)的高速圖像存儲系統(tǒng)可實現(xiàn)高速圖像的長時間存儲:高達650MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,存儲時間最長可達110min;可導出通用的BMP圖像格式文件和AVI視頻文件;具有類似錄像機的錄像、回放、快進、快退等功能,可實現(xiàn)焊接高速圖像的實時存儲、事后逐幀查看。 實現(xiàn)高速圖像與焊機電壓、電流數(shù)據(jù)的同步采集、存儲、顯示,使用戶可更直接地得到焊接熔滴過渡過程中對應的電壓、電流等參數(shù),更便于實現(xiàn)對焊機穩(wěn)定性的控制,提高焊縫成形的一致性。 焊接高速圖像與焊機參數(shù)同步采集、存儲、顯示界面圖 應用實例: 激光焊 1、工業(yè)激光焊接在線檢測系統(tǒng): 2、激光焊接無干預焊接檢測系統(tǒng): 電弧焊: 雙絲焊接:觀察熔滴過渡過程,通過熔滴過渡形態(tài)判斷焊接參數(shù)是否穩(wěn)定 不加背景光,直接用相機拍攝 激光和電弧焊混合焊:觀察熔滴過渡過程和熔池,以及激光焊槍和電弧焊槍的距離對焊接穩(wěn)定性的影響加較大功率背景光 單絲鋁板焊接:觀察熔滴過渡過程和熔池 加小功率背景光 短路焊接:觀察短路過渡中液橋張力變化過程加小功率背景光 |