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弧光焊接加工中的视觉监测系统

导读: 视觉系统在整个加工中用来进行弧光焊接过程的远程监测。在操作中弧光会散发出来高强度的光,这会造成熔池的可视效果很差。

  视觉系统在整个加工中用来进行弧光焊接过程的远程监测。在操作中弧光会散发出来高强度的光,这会造成熔池的可视效果很差,因此操作人员从普通的视觉监测系统中得到的图像并不能对他们在加工过程中参数的调节给予太多的帮助。

  针对以上状况,可使用基于一个CMOS相机和905nm的激光二极管照明系统。这套系统能够观测熔池,接缝,焊丝的位置和电极状态等一系列相关物体在TIG(钨极惰性气体)中焊接的变化。在MAG(熔化极活性气体)中焊接时,可以清晰的看见连接处的焊滴过渡以及焊缝的位置。这个光学视觉系统还可以用来进行实时监测以及焊接加工中的自适应性控制。

  该照明源由16个激光二极管(OSRAM SPL PL90_3)组成,工作波长为905nm。每一个激光二极管的光束发散角为11° x 25°,可以形成一个椭圆的图案。脉冲激光二极管被设定在75W,100ns,可用于测定距离。焊接时,在增加脉冲能量的同时,有必要保持较小的激光占空比,从而降低弧光的比重。录像通常在25帧/秒,快门为10μs时占空比为0.025%到0.030%。这里脉冲宽度选择的是相机最小的曝光时间10μs。一个由16个二极管组成的叠阵在理想帧频下产生的激光脉冲能量可达到2.85mJ(17.8W)。

  二极管叠阵安装在印刷电路板上适用于直径40mm以下的显像管。在显像管的一头,有一个焦距为80mm的镜头(也可选用125mm)。镜头和叠阵之间的距离是可调的,使得在工件上能获取一个清晰的聚光区域。为了防止激光二极管阵列以及照相机不受加工过程中产生的热和飞溅的影响,需要在阵列和相机前放一张碳酸聚酯,并使用冷气进行冷却。

  相机选用一个1024x1024像素的CMOS相机,它有一个50mm可调节光圈的镜头,以及一个950nm的带通滤波片,可手动对焦。如图1所示,此相机用来监测焊接以及周围的区域,激光二极管叠阵放置在相机的对面。

激光二极管叠阵和CMOS相机

激光二极管叠阵和CMOS相机

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