等离子焊接熔池图像采集系统设计与试验研究(2)
本课题采用普通CCD摄像机拍摄铝合金和不锈钢熔池图像，为后期通过计算机图像处理，获取熔池图像所反映的质量特征，进而调整焊接工艺参数保证焊接质量奠定基础[1-3]。其主要优点是不接触工件，不干扰正常的焊接过程，通过熔池图像直接反映焊接过程熔化金属的动态行为，可获得焊接过程和质量的视觉图像特征，为基于视觉的焊接质量过程在线控制提供基础检测技术手段，具有重要的意义。
1.2 国内外等离子焊接技术应用现状
1.3 本课题研究内容
本课题主要针对等离子焊接过程，通过设置不同焊接参数，利用焊接熔池图像采集系统，采集等离子焊接熔池图像，研究分析等离子焊接参数变化对焊接熔池过程的影响，主要包括：
（1）设计3A12铝合金及304不锈钢等离子弧焊接图像采集系统；
（2）设置不同焊接参数和采集系统参数，进行对3A12铝合金的等离子弧焊接熔池图像采集试验；
（3）设置不同焊接参数和采集系统参数，进行对304不锈钢的等离子弧焊接熔池图像采集试验；
（4）分析焊接参数及图像采集系统参数对采集等离子弧焊接熔池图像特征的影响。
2 等离子焊接图像采集系统设计
2.1 等离子图像采集系统总体设计
针对等离子焊接图像信息的采集，首先需要一套焊接试验设备建立焊接实验系统，另外还需能获取图像的视觉传感系统[6-7]，其总体组合结构如图2.1所示。：
等离子弧焊图像采集系统主要由焊接实验系统和视觉传感系统组成。
等离子枪安装在焊接机器人上，通过对焊接机器人的程序控制来实现焊枪的行走机构及控制箱的作用。试验中通过等离子弧焊接电源来调节焊接时的电流大小。工件在工作台上固定，用家具将CCD摄像机固定在机器臂上随焊枪同步移动。
等离子枪进行焊接时的光线通过滤光片和减光片的处理后进入CCD摄像机的镜头。图片信息图像采集卡传输到微型计算机中，进过对应的图像处理软件获取视觉信息。
2.2 等离子图像采集系统组成及搭建
等离子图像采集系统主要由CCD摄像机、复合滤光系统、图像采集卡、CCD保护装置、CCD定位夹具和计算机等部分组成。其采集过程是：视觉信息传感器通过复合滤光系统采集熔池图像，并将图像信息转换成模拟信号，图像采集卡将这些信号转换成数字信号，输入计算机进行处理。
（1）CCD摄像机。摄像头的主要传感部件是CCD，其工作原理是：被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电产生电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。本试验采用台湾敏通MTX1881-EX型摄像机（如图2.2），其响应波长范围在0.4～1.1m之间。