第 1 7卷

第4期

北京石油化工学院学报Jo urn al of B ei iing Insti tu te o fP e tr o一 e h e m iea l T e eh n o l o gy

V o l. 1 7

N o.4

20 09年 12月

D ee.2009

焊接电弧高速图像采集乔慧娟, 2焦向东2周灿丰2赵华夏2 3,(1 .中国石油大学 (北京),北京 102 24 9; 2.北京石油化工学院,北京 10 26 17; 3.北京化工大学,北京 100 02 9 )

摘

要

为采集焊接电弧图像和观察熔滴过渡过程,采用焊接电弧高速摄像关键技术(包括

背光技术光学放大率和高速摄像参数的选择 ),建立了以激光为背光光源的高速摄像系统高参考价值关键词焊接;高速摄像;电弧图像T G l l5. 28中图法分类号

利用此系

统可以在线观测和监控焊接过程,其结果对焊电弧现象以及 M IG焊熔滴过渡过程的高速摄像技术有较

焊接电弧直接影响焊接质量,对焊接电弧的研究始终是焊接领域的重要课题同时发出强烈的弧光进行实验观察川焊接电弧是一种无规律的急剧变化着的气体放电现象,因此,焊接电弧现象无法用肉眼直接观察 ! #,必须借助于高速摄像来高速摄像技术是一种先进的测试手段,它能把一个高速的运动过程或高速瞬变过程的空间信息和时间信息.记录下来

要技术指标:C M O S传感器,触发方式为脉冲同步手动连续,操作环境为 w i n d o ws 2 0 0兼容 W in98/X P,分辨率为 40 0 X 40 0 (500 fp s)/IOo X Z o (25 000 fps ),曝光时间 1拼 s一 24 m s,

记录时间 1.5一15 5,电源 22O V (A C )

附件包

括镜头图像采集卡专用驱动软件计算机等

2

工作原理电弧光的波长分布在从紫外到红外的很宽

1

高速摄像装置采集 T IG焊电弧图像的摄像装置光路示

范围内,而在某一波长上其强度不一定高川因此,功率不大的激光器发出的激光亮度就可能超过电弧中对应波长的弧光图 1摄像装置的基本原理是,通过透镜 1和透镜 2将光斑直径较小的激光束扩展成为光斑直径较大的近似平行的光束,当其照射到焊

意图如图 1所示

母材

透镜 1

接电弧后,高速摄像机即可摄取带有背光的焊接电弧图像不同于以往的激光背光电弧图像采集系统,该系统去掉了摄像机前面用以滤除弧光的小孔及成像屏,而是在高速摄像机镜头前直接加装滤光镜组来实现滤除弧光的效果,从而简

图l

高速摄像装置及其光路图

高速摄像装置由三部分组成:( 1 )光源部分,由点光源或平行光源组成行光源实验中

采用平背光光源使用的是波长为 6 5 0 nm的即透镜 1和透镜

半导体激光器,功率为 8 0 m w; (2 )扩束部分,由显微目镜及凸透镜组成

化了光路,使系统具有更好的环境适应能力高速摄像机镜头上加滤光片主要是基于以下两个方面的考虑:首先,可调减光镜用以削减

2;( 3 )摄像部分,实验中采用 C anad i an P hot n o i L ab S的彩色数字高速摄像机高速摄像机包括主机和附件主机型号 C P L一 M S2 5 k,主收稿日期:2009一 05一 27

弧光及背光的光强,避免摄像机过饱和;其次,选用滤光镜组合,可以滤掉大部分弧光,只保留

背光波长附近波段的光信号

第4期

乔慧娟等 .焊接电弧高速图像采集择在 2~ 3之间川,以肉眼能够观察清楚成像屏上阴影像焊枪端部钨极细节为宜 3 .3恰当选择摄像参数使用数字高速摄像机进行摄像时,最重要的摄像参数主要有图像分辨率图像增益值曝光时间及摄像速度,这些参数可通过高速摄像机自带软件控制,摄像参数既可单独设定,同时又相互关联低摄像速度图像分辨率选择过大,会直接降曝光时间的选择也很重要,曝光而摄像速度一般也不

此外,镜头上还需加带颜色的滤光片,以滤掉一些杂光,方便观察 T IG焊电弧的形态行为和熔池形态

同

时也可用于更好的观察脉冲 M IG焊熔滴过渡

3

焊接电弧摄像关键技术高质量焊接电弧图像的拍摄首先需要对焊

接电弧有比较深人的了解;其次,熟悉高速摄像技术;第三,拍摄之前对整个光路进行仔细调整

时间过短,图像的亮度及对比度下降,曝光时间背光技术

3.1

…… 此处隐藏1856字 ……

(1. C h in a肠Ziv ersit夕 of P etro一 leum, B ei j ing 10 2249, C hina;

2. B ei j ing In stitu te of P etro一 chem ica l T eeh n olog夕, B eijing 1026 17, C h ina;3. B e行艺 ng U n iv e rsit夕of C hem ica l T ech nolog夕, B ei j ing 1000 29, C h艺 na )A b str a ct In o rd e r to eo llee t w eld i n g a re im a g e s a n d to o b se rv e d ro p le t tr an sfer p ro e es s, b y

u sin g

th e k e y te eh n o lo g ie s o f h ig h一 sp ee d i m ag e p ie k u p, s u e h as b a ek lig h t te eh n o l o g y, o p tie a l m a g n ifiea ti o n a n d th e s e leetio n o f h ig h一 sp e e d v ed io p a ra m e ter s, a v a lu a b le h i g h一 sp ee d v id e o sy stem w ith

la se r as b a ek lig h t 15 es ta b lish ed . O n lin e o b s erv a tio n a n d m o n ito rin g o f w e ld in g p ro e e ss a re re a lize d w ith th e sy s te m . T h e re su lts o f th is w o r k e an e ffee tiv e ly h e lp th e fu r th e r stu d y o f h ig h一 speed tee h n o lo g y fo r th e p h en o m e n o n o f a re w eld i n g a n d d ro p le t tra n s fe r in M IG w ie ld in g p ro ee ss .

K e y w o rd s

w eld i ng; hi g h一 sp e ed v id e o; a re i m ag e