基于PSD的薄板焊接坡口信号识别系统

杨秀芝, 张锐, 王兴东, 蒋宇辉, 王子涵

(1.湖北理工学院,湖北 黄石 435003;2.武汉理工大学,武汉 430070;3.武汉科技大学,武汉 430080)

0 前言

随着合金强度韧性的提高,薄板因其重量轻、强度高被广泛应用于汽车制造、船舶制造、航空航天等领域,具有广阔的应用前景,而薄板焊接则是实现薄板应用的重要一环。薄板自动焊接是国内外研究的重点,自动焊接的关键约束因素是对坡口的检测,在实际薄板的焊接过程中,坡口间距小,故坡口识别成为薄板焊接的难点。

目前,视觉传感器是薄板坡口跟踪中常用的方式,分为被动视觉和主动视觉[1-2]。前者通过CCD摄像机直接观察,分析图像后得到坡口位置;后者使用结构光打在坡口上,由CCD摄像机采集结构光所在位置图像。Seiler等人[3]通过高速摄像机拍摄50~100 μm的超薄金属箔的焊接熔池,分析焊接后坡口处的缺陷。Yu等人[4]同样通过观察,用视觉校准技术转换三维坐标,得到焊枪在两个方向上的偏差。Shao等人[5]使用三条不同波长的结构光从而得到坡口的三维轮廓,并能识别焊接宽度小于0.1 mm的坡口。鲁建波等人[6]设计了圆形扫描结构光传感器,在坡口表面形成圆形激光轨迹,通过CCD摄像机采集图像,分析后得到坡口的三维轮廓。以上研究均采用CCD摄像机采集坡口信息,但CCD芯片的分辨率限制于其像元之间的距离,且摄像机的采集速度也会受到分辨率的影响,对于间距小的薄板坡口,不仅难以识别,且还需通过复杂的图像算法进行处理。而PSD芯片因其分辨率高,响应速度快,信号检出方便且处理较为简单,在CCD系统中,坡口高度的变化会导致相机与坡口的间距发生改变,存在超过相机景深而无法采集清晰图像的问题。……