电弧焊熔深视觉检测方法与流程

本发明涉及焊接过程视觉检测，更具体地，涉及一种电弧焊熔深视觉检测方法。

背景技术：

1、焊接熔深是衡量焊接质量的关键指标之一，熔深不足会导致焊缝承载强度下降，熔深过大则可能造成烧穿缺陷。在脉冲熔化极惰性气体保护（metal-inert-gas，以下简称mig）焊接过程中，实现熔深的实时在线监测对保证焊接质量具有重要意义。

2、目前，常用的熔深检测方法可分为接触式和非接触式两类。接触式检测方法需要在焊件上安装传感器，操作复杂且传感器易受高温损坏，不适合工业生产中的实时在线应用。非接触式方法中，超声波检测、x射线检测等均存在设备成本高、现场部署困难等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种电弧焊熔深视觉检测方法。

2、本发明的一个方面提供了一种电弧焊熔深视觉检测方法，包括：基于针对电弧焊焊接过程中电弧熔池耦合区域采集得到的图像序列，逐帧提取各图像中熔池区的熔池掩模，其中，电弧熔池耦合区域包括弧柱区和熔池区；基于熔池掩模，提取各图像中熔池区的熔池图像特征，其中，熔池图像特征包括熔池投影面积，熔池投影面积根据熔池掩模中像素值为1的像素总计数确定；将各图像的熔池图像特征按图像序列的采集时序排列，构成熔池图像特征时间序列，其中，熔池图像特征时间序列包括熔池投影面积时间序列；根据自适应检测阈值，检测熔池投影面积时间序列中的面积突变点，将面积突变点对应的时刻确定为熔滴撞击触发时刻；以熔滴撞击触发时刻为起点，确定分析窗口；从熔池图像特征时间序列中截取与分析窗口相对应的时段的熔池图像特征信号段；根据熔池图像特征信号段，计算电弧焊焊接过程中对应于分析窗口的熔深。

3、根据本发明的上述技术方案，以图像中检测到的熔滴撞击时刻为触发点划分分析窗口，属于纯视觉驱动的自适应分窗方法，无需接入焊机电气信号，相较于以电气脉冲相位为依据划分分析窗口的方法，减少了电气脉冲相位与熔滴实际撞击时刻之间的时间偏差对分析窗口定位精度的影响，消除了熔滴脱离焊丝后飞行时间差异带来的时序错位问题，使分析窗口能够以熔滴实际撞击时刻为基准精确定位。有效提高了振荡频率的估计精度，同时无需人工设定固定阈值或依赖外部同步信号，具有较强的工况适应性和工程实用性。

1.一种电弧焊熔深视觉检测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于针对电弧焊焊接过程中电弧熔池耦合区域采集得到的图像序列，逐帧提取各图像中熔池区的熔池掩模包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各图像均至少包括位于图像上部的弧柱区以及位于弧柱区下方的熔池区；所述逐帧检测各图像中用于划分弧柱区和熔池区的动态分界线包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔池图像特征还包括如下至少之一：质心垂直位移、上边缘曲率均值、中心区域平均亮度、水平宽度；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据自适应检测阈值，检测所述熔池投影面积时间序列中的面积突变点，将所述面积突变点对应的时刻确定为熔滴撞击触发时刻包括：

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，响应于检测到熔池掩模的最低非零行到达图像底部边界，确定熔池下边缘超出图像范围，将所述熔池投影面积时间序列替换为熔池上边缘平均高度时间序列，所述熔池上边缘平均高度根据熔池上边缘各像素点的行坐标的平均值确定；替换后，所述熔滴撞击触发时刻的确定基于所述熔池上边缘平均高度时间序列进行，且所述自适应检测阈值中的预设帧数与标准差系数按熔池上边缘平均高度的取值范围重新确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述熔滴撞击触发时刻为起点，确定分析窗口包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述熔池图像特征信号段，计算所述电弧焊焊接过程中对应于所述分析窗口的熔深包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述图像序列对应多个分析窗口；所述根据所述振荡主频估计值以及与焊接材料和工艺参数相关的标定系数，计算所述分析窗口的熔深包括：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像序列是以焊接电弧自然弧光作为光源，利用帧率大于或等于5000帧每秒的高速相机采集得到的。