阅读说明：本技术 一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法及系统 (Single-layer multi-channel weld accumulation deposition effect detection method and system ) 是由 高向东 马波 黄怡洁 季玉坤 于 2019-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电弧增材制造领域,更具体地,涉及一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法及系统。本发明采用基于激光视觉传感技术来获取被测表面的轮廓信息,通过采集待测物体表面的轮廓,并使用相关图像处理算法,结合判断熔敷效果的公式,对单层多道焊缝堆积熔敷效果进行检测,本发明克服了人工检测复杂程度高、效率低、易受主观因素影响等缺点,利用先进高效的视觉检测技术,极大提高了自动化生产程度。(The invention relates to the field of electric arc additive manufacturing, in particular to a method and a system for detecting a single-layer multi-channel welding seam accumulation deposition effect. The invention adopts the laser vision sensing technology to obtain the profile information of the surface to be detected, and detects the accumulation and deposition effect of a single-layer multi-channel welding seam by acquiring the profile of the surface of an object to be detected and using a related image processing algorithm and combining a formula for judging the deposition effect.)

一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电弧增材制造领域，更具体地，涉及一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法及系统。

背景技术

目前。在电弧增材制造领域，以电弧为热源金属零件增材制造技术具有设备简单、材料利用率高、生产效率高等优点。电弧堆焊是利用焊条或电极熔敷在基材表面进行增材制造，由于各种因素影响，焊缝在多道单层堆积过程中的熔敷效果会受到熔敷温度、焊接电流电压以及保护气体流量等的影响，电弧增材制造表面的成形熔敷效果缺乏检测和量化方法，目前大多检测方法无法达到无损检测的目的。判断多道单层焊缝堆积熔敷效果的好坏主要是靠有经验的工人对产品进行切断面做显微组织分析判断熔敷效果。或者靠人工肉眼观察成形表面的大致熔敷效果。以上两种方法都是依赖人工，并且需要大量经验支持，切断面分析需要破坏产品，进行显微组织分析虽然结果精确但是浪费大量时间和物力，影响生产效率，缺乏统一标准，易产生误判等。

发明内容

为了解决现有技术中需要依赖人工判断电弧堆焊过程中的熔敷效果的不足，本发明提供了一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过激光视觉传感系统采集焊缝表面的轮廓的图像；

步骤S2：将采集到的焊缝表面的轮廓的图像发送到上位机中；

步骤S3：上位机将对图像进行处理，提取图像中的像素坐标；

步骤S4：将像素坐标进行转换得到轮廓的实际位置，生成世界坐标；

步骤S5：提取世界坐标中的特征参数；

步骤S6：根据特征参数计算焊缝轮廓堆积的熔敷效果。

优选的，所述的激光视觉传感系统包括激光发射器以及CMOS相机；所述的激光发射器以及CMOS相机分别与上位机相连接，所述的激光发射器用于发射激光到焊缝表面，CMOS相机用于采集焊缝表面的轮廓的激光条纹的图像。

优选的，所述的步骤S6的具体步骤如下：

设定有n道焊缝轮廓，在第i道焊缝轮廓中，A_i为焊缝轮廓的顶点，B_i为焊缝轮廓的交界点，d_i为A_i与B_i的垂直距离，d_i-1为第i道轮廓的前一道轮廓中焊缝轮廓的顶点A_i-1与焊缝轮廓的交界点B_i-1的垂直距离；m_i为B_i到底面的距离，焊缝轮廓堆积的熔敷效果dep用以下公式求出：

Δd_i＝|d_i-d_i-1| (i>1)

一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测系统，所述系统基于上述所述的方法，包括堆焊基板以及运动平台，所述的堆焊基板安装在运动平台上，所述的系统还包括激光视觉传感系统、上位机以及运动平台控制柜；所述的运动控制柜、激光视觉传感系统分别与上位机相连接；所述的运动平台控制柜与运动平台相连接。

将激光视觉传感系统固定于运动平台上方进行发射激光以及采集焊缝表面激光条纹图像。在运动平台控制柜的控制下，运动平台使焊件的待测表面处于激光视觉传感系统的可测范围内，然后上位机控制激光视觉传感系统进行焊缝表面的扫描，激光视觉传感系统采集扫描过程中的激光条纹图像传输给上位机，上位机基于接收到的图像计算焊缝堆积熔敷的效果。

优选的，所述的所述的激光视觉传感系统包括激光发射器以及CMOS相机；所述的激光发射器以及CMOS相机分别与上位机相连接，所述的激光发射器用于发射激光到焊缝表面，CMOS相机用于采集焊缝表面的轮廓的激光条纹的图像。

优选的，所述的运动平台设置有电机，电机用于驱动运动平台完成上下左右方向上的运动。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明采用基于激光视觉传感技术来获取被测表面的轮廓信息，通过采集待测物体表面的轮廓，并使用相关图像处理算法，结合判断熔敷效果的公式，对单层多道焊缝堆积熔敷效果进行检测，本发明克服了人工检测复杂程度高、效率低、易受主观因素影响等缺点，利用先进高效的视觉检测技术，极大提高了自动化生产程度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的焊缝堆积熔敷效果检测原理图。

图3为本发明的系统结构图。

图4为电弧增材的实物图。

图5为焊缝的实际轮廓图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过激光视觉传感系统采集焊缝表面的轮廓的图像；

步骤S2：将采集到的焊缝表面的轮廓的图像发送到上位机中；

步骤S3：上位机将对图像进行处理，提取图像中的像素坐标；

步骤S4：将像素坐标进行转换得到轮廓的实际位置，生成世界坐标；

步骤S5：提取世界坐标中的特征参数；

步骤S6：根据特征参数计算焊缝轮廓堆积的熔敷效果。

优选的，所述的激光视觉传感系统包括激光发射器以及CMOS相机；所述的激光发射器以及CMOS相机分别与上位机相连接，所述的激光发射器用于发射激光到焊缝表面，CMOS相机用于采集焊缝表面的轮廓的激光条纹的图像。

优选的，所述的步骤S6的具体步骤如下：

设定有n道焊缝轮廓，在第i道焊缝轮廓中，A_i为焊缝轮廓的顶点，B_i为焊缝轮廓的交界点，d_i为A_i与B_i的垂直距离，d_i-1为第i道轮廓的前一道轮廓中焊缝轮廓的顶点A_i-1与焊缝轮廓的交界点B_i-1的垂直距离；m_i为B_i到底面的距离，焊缝轮廓堆积的熔敷效果dep用以下公式求出：

Δd_i＝|d_i-d_i-1| (i>1)

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种单层多道焊缝堆积熔敷效果检测系统，所述系统基于上述所述的方法，包括堆焊基板1以及运动平台2，所述的堆焊基板1安装在运动平台2上，所述的系统还包括激光视觉传感系统3、上位机5以及运动平台2控制柜；所述的运动控制柜4、激光视觉传感系统3分别与上位机5相连接；所述的运动平台2控制柜与运动平台2相连接。

将激光视觉传感系统3固定于运动平台2上方进行发射激光以及采集焊缝表面激光条纹图像。在运动平台2控制柜的控制下，运动平台2使焊件的待测表面处于激光视觉传感系统3的可测范围内，然后上位机5控制激光视觉传感系统3进行焊缝表面的扫描，激光视觉传感系统3采集扫描过程中的激光条纹图像传输给上位机5，上位机5基于接收到的图像计算焊缝堆积熔敷的效果。

优选的，所述的所述的激光视觉传感系统3包括激光发射器7以及CMOS相机6；所述的激光发射器7以及CMOS相机6分别与上位机5相连接，所述的激光发射器7用于发射激光到焊缝表面，CMOS相机6用于采集焊缝表面的轮廓的激光条纹的图像。

优选的，所述的运动平台2设置有电机，电机用于驱动运动平台2完成上下左右方向上的运动。

实施例3

如图1～图5所示，多焊缝堆积的熔敷检测方法流程如图1所示，将待测焊件置于运动平台2，调整运动平台2位置，使激光视觉传感系统3采集并扫描焊缝轮廓，抽样选取多帧图像并提取激光条纹的像素坐标，经过坐标转换得到焊缝轮廓的实际位置，提取如图2所示的特征点获得相应的特征参数，代入熔敷度计算公式得到熔敷度，最后与1/2数值比较，过大或者过小都不是最佳的熔敷效果，越接近1/2说明熔敷质量越好。

图4为电弧增材实物图，经过激光视觉传感系统3扫描采集后通过图像处理方法提取的焊缝50mm处的真实轮廓如图5所示，通过计算特征点参数如表1所示。

堆积层数	m<sub>i</sub>(mm)	d<sub>i</sub>(mm)	Δd<sub>i</sub>	ρ<sub>i</sub>
					1	0.61	1.63		0.27
2	0.61	1.02	0.61	0.63
					3	0.67	1.49	0.47	0.69
4	0.70	0.59	0.90	0.46

表1

代入公式计算可得增材制造的焊接熔敷度为0.684。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。