(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211086051.1 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 上海工程 技术大学 地址 201620 上海市松江区龙腾路3 33号 (72)发明人 夏波　王飞　杨坡　刘红兵　 张凌峰　张天理　熊发帅　常丙辛　 张淼　鲍文　杜金红　于治水　 (74)专利代理 机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 312 27 专利代理师 周一新 (51)Int.Cl. B23K 9/32(2006.01) B23K 9/173(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (54)发明名称 基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别方 法和设备 (57)摘要 本发明公开了基于长波滤光的GMAW熔滴熔 池图像识别方法和设备， 该设备包括摄像机、 强 光源和滤光装置， 其中滤光装置由防飞溅片、 中 性滤光片和长波滤光片组成， 通过边框螺纹依次 同轴固定在摄像机镜头前， 强光源的种类为氙灯 或激光光源， 摄像机选用拍摄帧数为2 000的近红 外高速摄像机。 基于GMAW焊接的熔滴熔池熔融金 属辐射特性和电弧弧光光谱分布， 采用长波滤光 结合补光的方式， 滤光装置过滤弧光并调节摄像 机曝光量， 同时强光源对摄像机采集熔滴熔池图 像的过程进行补光， 准确识别GMAW焊接过程的熔 滴熔池并拍摄图像。 本发明可以有效避免弧光干 扰， 获取清晰优质的焊接熔滴熔池图像， 实现对 多种金属材 料GMAW焊熔滴熔池的有效识别。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115415649 A 2022.12.02 CN 115415649 A 1.基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 包括摄像机、 强光源和滤 光装置， 其中： 所述滤光装置由防飞溅片、 中性滤光片和长波滤光片组成， 所述防飞溅片、 中性滤光片 和长波滤光片与所述摄像机的镜片尺寸均相同， 通过边框螺纹依次同轴固定在所述摄像机 的镜头前， 所述长波滤光片与所述镜 头相邻； 所述强光源的种类为氙灯或激光光源， 其强辐射波段处于长波滤光波段， 光源强度大 于20000流明； 所述摄像机选用拍摄帧数为20 00的近红外高速摄 像机。 2.根据权利要求1所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述强光源选用10 00W以上的氙灯或5 0W以上的激光 光源。 3.根据权利要求1所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述防飞溅片为透明石英玻璃材 料材质， 固定在所述滤光装置最前端。 4.根据权利要求1所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述中性滤波片均匀减光， 与防飞溅片和长波滤光片平行放置 。 5.根据权利要求1所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述长波滤光片的滤光波段85 0nm以下波段截止、 85 0nm以上通过， 截止深度在OD4以上。 6.根据权利要求5所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述长波滤光片选用近红外窄带 滤光片， 中心波长96 0nm， 半带宽为10nm， 峰值透过率 为70％。 7.根据权利要求5所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 其特征在于， 所 述长波滤光片选用截断波长为85 0nm的高通滤光片。 8.基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别方法， 其特征在于， 通过权利要求1至7任一 项所述基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备结合GMAW焊接装置实现， 包括： 基于 GMAW焊接的熔滴熔池熔融金属辐射特性和电弧弧光光谱分布， 采用长波 滤光结合补光的方 式， 即： GMAW焊接时， 所述滤光装置置于摄像机镜头前过滤弧光并调节所述摄像机的曝光量 的同时， 所述强光源置于所述摄像机旁对所述摄像机采集熔滴熔池图像的过程进行补光， 准确识别GMAW焊接过程的熔滴熔池并拍摄图像。 9.根据权利要求8所述的基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别方法， 其特征在于， 所 述电弧弧光光谱分布满足： 在250nm至850nm之间辐射强烈， 在850nm 以上的近红外辐射微 弱； 所述熔滴熔池熔融金属 辐射满足： 在40 0nm至1100nm内随波长增 加而增强。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115415649 A 2基于长波滤光的GMAW熔滴熔 池图像识别方 法和设备 技术领域 [0001]本发明属于自动化焊接领域， 具体涉及基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别方 法和设备。 背景技术 [0002]熔化极气体保护电弧焊(GMAW)是采用连续等速送进可熔化的焊丝与被焊工件之 间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属， 形成熔池和焊缝的焊接方法， 为提高焊接质量、 保证焊接的顺利完成， GMAW自动化焊接需要对焊接过程进行实时检测和控制。 基于视觉传 感的熔滴过渡形态和金属熔池图像包含丰富的焊接过程信息， 通过图像采集和处理可以获 得诸如焊接熔透、 热量流动、 焊缝余高等信息， 这些信息反馈于焊接过程控制可有效提高焊 接质量。 因此， 焊接熔滴、 熔池视觉传感以其灵敏度高、 动态响应好、 提供的信息丰富直观 等 优点， 广泛应用于GMAW自动化焊接的熔滴过渡、 熔池行为的检测与控制。 [0003]焊接环境复杂多变、 电弧光干扰、 以及摄像机对红外波段的敏感性能等因素对获 取高清晰度且具有更多细节的金属熔池、 熔滴图像采集提出新的挑战， 为获得GMAW焊接过 程高度清晰的熔滴熔池图像， 科研人员致力于弱化弧光 强度， 增强金属熔滴、 熔池的自身辐 射强度研究， 以求在熔滴熔池图像采集过程中避免弧光对熔滴、 熔池熔融金属辐 射光的干 扰， 获得清晰的熔滴形态和熔池行为图像。 [0004]目前的焊接熔滴熔池识别方法主要是对可见光波段的滤光， 如论文 “弧焊熔滴过 渡的高速摄像与电信号测试分析 ”(Doi： 1000 ‑565X(2008)04‑0001‑05)， 用窄带滤波片滤掉 焊接电弧的弧光采集熔滴图像， 窄带滤波片中心波长为632.8nm、 半带宽为10nm、 峰值透过 率为56％， 由于在可见光波 段摄像机的感光效果较好， 但此波 段内电弧辐射依然很强， 而熔 滴熔池等熔融金属的辐 射相对较弱， 可以一定程度消除焊接电弧弧光， 但难以获得清晰的 熔滴熔池图像。 [0005]综上可知， 焊接熔滴熔池的视觉识别是焊接过程控制的重要环节， 是实现焊接自 动化的必 要前提。 目前采用的在可见光波段窄带滤光的方法难以获得理想的焊接熔滴熔池 图像， 因此有必要寻找更适宜的滤光波段， 同时采用其他辅助方法如补光等进一步加强拍 摄效果。 发明内容 [0006]为解决现有技术中GMAW焊接过程难以获得清晰的熔滴熔池图像问题， 本发明的主 要目的是提供基于 长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 结构设计简单， 操作方便 。 [0007]本发明的另一目的是提供基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别方法， 采用近红 外长波滤光结合补光获取清晰、 优质的焊接熔滴熔池图像， 为焊接过程测控提供基础。 [0008]为实现上述目的， 本发明采用如下技 术方案： [0009]本发明提供基于长波滤光的GMAW熔滴熔池图像识别设备， 包括摄像机、 激光器和 滤光装置， 其中所述滤光装置由防飞溅片、 中性滤光片和长波滤光片组成， 所述防飞溅片、说　明　书 1/5 页 3 CN 115415649 A 3