铝合金焊接熔池图象传感器
王建军!，林涛!，陈善本!，杨士勤"
（!#上海交通大学材料科学与工程学院，上海"###$#；
"#哈尔滨工业大学焊接科学与工程系，黑龙江哈尔滨!%###!）
摘要：采用图象处理与模式识别的方法对铝合金的焊接质量进行智能控制还没有成功，因为铝合金表面不同于其它黑色金属，铝合金表面反射全波段的可见光，熔池与周围金属的灰度对比度极弱，在焊接电流较大时弧光强烈，弧光以及熔池周围金属的反射光足以掩盖熔池，普通的光学传感器无法在上述苛刻条件下取得铝合金焊接熔池区域的图象。通过光谱分析，可以设计全新的光学传感器，利用普通工业$$%摄像机获得清晰的铝合金焊接熔池区域图象，为铝合金智能化焊接打下了良好的基础。
关键词：铝合金；钨极氩弧焊；光谱分析；图象传感器
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#前言
利用图象传感的方法控制焊缝质量，首先要获得熔池图象，从而获得焊接信息［!，"］。被动式直接视觉图象传感监控焊接质量的方法所使用的传感器设计原理是：根据某种材料的焊接电弧光谱选中某一中心波长，此波长对应的金属谱线的光谱强度大于电弧的辐射强度，通过滤光片将此波长以外的弧光滤掉，因而可以利用熔池自身的辐射成像。例如，若取窗口的波长为（/*(R/）5H，则传感器只允许电弧和熔池以及工件表面的反射光中波长为!)!（/*("/）5H的光通过，形成熔池图象，并以此来观测熔池变化。这种方法称为窄带滤光。但是金
收稿日期："))!#)S#"S
属谱线的强度易受电流强度，电弧高度的影响，图象质量不稳定。对于铝合金而言，采用窄带滤光的方法在可见光范围内获取的焊接区图象无法区分熔池与弧光干扰。
!光谱分析
铝合金氩弧&:’焊接条件下的弧光光谱分布基本规律是在强度相对较低的连续光谱上叠加许多强度不等的其它谱线所组成的［"］，在不同的焊接参数下（焊接电流，焊接电压，母材厚度，焊接速度），光谱分布会有轻微变化，但基本规律不变。近熔池表面区光谱主要由铝原子光谱、铝离子光谱和熔池金属黑体辐射产生的连续光谱组成，弧柱区的光谱主要由氩原子和离子的谱线组成，此外还含有其它金
(!传感器技术（2;8K54N;O&K45GM8LAK&AL?5;N;IE）"))!年第")卷第!)期万方数据