申请/专利权人：广东福维德焊接技术研究院有限公司

申请日：2023-09-01

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117428297B

主分类号：B23K9/167

分类号：B23K9/167;B23K9/127;B23K9/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2024.02.09#实质审查的生效;2024.01.23#公开

摘要：本发明公开了一种K‑TIG焊枪短路、焊缝全自动实时检测装置及控制系统，涉及电焊机技术领域。所述装置包括有焊枪输出短路指示单元、摄像单元、拾音单元和信号处理单元，其中，所述信号处理单元一方面用于根据来自所述焊枪输出短路指示单元的焊枪输出短路指示信号，计时判断是否存在输出短路风险，另一方面还用于从来自所述摄像单元的视频图像信号和所述拾音单元的音频信号中提出音视频特征数据，并根据该音视频特征数据估计得到焊缝成形系数，如此可在焊接过程中对K‑TIG焊枪的输出短路现象及焊缝成形系数进行全自动实时检测，进而可利于进行精确地自动焊接控制，提升焊接产品的生产效率和产品良率，便于实际应用和推广。

主权项：1.一种K-TIG焊枪短路、焊缝全自动实时检测装置，其特征在于，包括有焊枪输出短路指示单元、摄像单元、拾音单元和信号处理单元，其中，所述焊枪输出短路指示单元的正极输入端和负极输入端分别一一对应地电连接K-TIG焊枪的焊接电压正极输出端和焊接电压负极输出端，所述摄像单元和所述拾音单元分别通过夹具固定在所述K-TIG焊枪的后方，所述信号处理单元分别电连接所述焊枪输出短路指示单元、所述摄像单元和所述拾音单元；所述焊枪输出短路指示单元，用于在所述K-TIG焊枪处于焊接状态时实时检测所述焊接电压正极输出端与所述焊接电压负极输出端是否短路，并在短路时向所述信号处理单元实时发送焊枪输出短路指示信号；所述焊枪输出短路指示单元包括有第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、二极管（D1）、稳压二极管（D2）、电解电容（C1）、光电耦合器（U1）和直流电源（VCC）；所述第一电阻（R1）的一端用于作为所述焊枪输出短路指示单元的正极输入端（Pin+），所述第一电阻（R1）的另一端电连接所述二极管（D1）的阳极，所述二极管（D1）的阴极分别电连接所述第二电阻（R2）的一端、所述稳压二极管（D2）的阴极和所述电解电容（C1）的正极，所述第二电阻（R2）的另一端分别电连接所述第三电阻（R3）的一端和所述光电耦合器（U1）的发光二极管阳极，所述光电耦合器（U1）的发光二极管阴极分别电连接所述第三电阻（R3）的另一端、所述电解电容（C1）的负极和所述稳压二极管（D2）的阳极，所述稳压二极管（D2）的阳极还用于作为所述焊枪输出短路指示单元的负极输入端（Pin-）；所述光电耦合器（U1）的光敏晶体管集电极电连接所述第四电阻（R4）的一端，所述第四电阻（R4）的另一端电连接所述直流电源（VCC），所述光电耦合器（U1）的光敏晶体管发射极接地，所述光电耦合器（U1）的光敏晶体管集电极还用于作为所述焊枪输出短路指示单元的输出端（Pout）向所述信号处理单元发送为高电平信号的所述焊枪输出短路指示信号；所述摄像单元，用于在所述K-TIG焊枪处于焊接状态时实时采集熔池及电弧贯穿孔区域的视频图像信号，并向所述信号处理单元实时发送所述视频图像信号；所述拾音单元，用于在所述K-TIG焊枪处于焊接状态时实时采集焊接现场的音频信号，并向所述信号处理单元实时发送所述音频信号；所述信号处理单元，一方面用于在收到所述焊枪输出短路指示信号时启动计时，得到所述焊枪输出短路指示信号的实时维持时长，并在所述实时维持时长超过预设时长阈值时，实时输出用于指示所述K-TIG焊枪存在输出短路风险的第一检测结果，另一方面用于采用如下方法步骤实时输出用于指示所述焊接现场的焊缝成形系数的第二检测结果：从所述视频图像信号中实时提取出熔池宽度值、熔池半长值、电弧贯穿孔宽度值和电弧贯穿孔半长值，以及还同步地从所述音频信号中实时提取出对数能量值、方差值、均方根值和峰度系数值；从所述视频图像信号中实时提取出熔池宽度值和熔池半长值，具体包括：对所述视频图像信号依次进行图像去噪处理和灰度转换处理，得到新视频图像；根据熔池在相机坐标系中的已知位置信息，从所述新视频图像中截取出熔池左侧区域图像、熔池右侧区域图像和熔池底端区域图像；对所述熔池左侧区域图像、所述熔池右侧区域图像和所述熔池底端区域图像分别进行基于Canny算法的边缘轮廓提取处理，分别得到熔池左侧局部边缘、熔池右侧局部边缘和熔池底端局部边缘；根据所述熔池左侧局部边缘、所述熔池右侧局部边缘和所述熔池底端局部边缘，采用椭圆方程对熔池边缘进行拟合，得到呈半椭圆形的熔池边缘，并将该半椭圆形的短轴作为熔池宽度值，以及将该半椭圆形的长半轴作为熔池半长值；从所述视频图像信号中实时提取出电弧贯穿孔宽度值和电弧贯穿孔半长值，具体包括：对所述视频图像信号依次进行图像去噪处理和灰度转换处理，得到新视频图像；根据电弧贯穿孔在相机坐标系中的已知位置信息，从所述新视频图像中截取出电弧贯穿孔所在区域图像；对所述电弧贯穿孔所在区域图像进行基于预设灰度阈值的二值化处理，得到二值化图像；对所述二值化图像的中心连通域进行基于Canny算法的边缘轮廓提取处理，得到中心连通域边缘；根据所述中心连通域边缘，确定具有最大横向间距的一对左侧边缘极点和右侧边缘极点，以及确定位于纵向最低处的底端边缘极点；将所述左侧边缘极点与所述右侧边缘极点的横向间距作为电弧贯穿孔宽度值，以及将所述底端边缘极点与所述左侧边缘极点或所述右侧边缘极点的纵向间距作为电弧贯穿孔半长值；将所述熔池宽度值、所述熔池半长值、所述电弧贯穿孔宽度值、所述电弧贯穿孔半长值、所述对数能量值、所述方差值、所述均方根值和所述峰度系数值实时导入基于多变量线性回归的且已预训练的焊缝成形系数估计模型，输出得到所述K-TIG焊枪的焊缝成形系数。

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