В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
 |
Видеосъемка сварочных процессовСложности и специфика наблюдения |
Сварка считается одним из важнейших процессов в производстве, которому уделяется большое внимание во всем мире и в России. Основное направление развития сварочных технологий сегодня – это автоматизация производства с целью снижению трудоемкости, повышения качества и производительности. В связи с этим видеонаблюдение сварочного процесса становится все более актуально.
Процесс дуговой сварки обладает рядом особенностей, которые отличают его от других технологических процессов:
Все эти факторы делают процесс сварки очень сложным для автоматизации.
Безусловно, создаются различные автоматические системы, позволяющие компенсировать максимальное число возмущений, но такие системы крайне дороги и ненадежны. Значительные успехи достигнуты при сварке однотипных изделий в условиях цеха. Со времен изобретения процесса сварки русскими изобретателями Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым 1890-х гг. и до сегодняшних дней в подавляющем числе случаев только человек с большим опытом в состоянии контролировать процесс сварки и воздействовать на него для компенсации всех возмущений с целью получения качественного шва. Не случайно даже растиражированный на весь мир первый стык газопровода "Сила Сибири" был сварен двумя сварщиками без применения каких-либо автоматических систем.
Таким образом, без сварщика, без его опыта, глаз, ушей и рук до сих пор не обойтись. Наиболее просто заменить руки. Сегодня доля ручной сварки электродами постепенно сокращается. Появляются все новые и новые средства механизации и автоматизации, позволяющие перемещать электрод. Это значительно упрощает труд сварщика, повышает производительность и качество труда. Однако попытки заменить опытного сварщика на программу пока приносят неутешительные результаты. Все равно сварщик должен быть около дуги, пусть и с пультом дистанционного управления, в автоматически затемняющейся маске, но он должен видеть и слышать дугу. Благодаря своему опыту он меняет ток и скорость сварки, корректирует положение электрода и присадочной проволоки, заранее знает, что сварка будет качественной или что сварить качественный шов в существующих условиях невозможно.
В такой ситуации системы видеонаблюдения за процессом сварки имеют крайне важное значение.
Именно благодаря видеонаблюдению можно кардинально изменить труд сварщика, улучшить условия его труда, повысить производительность, но с точки зрения видеонаблюдения процесс сварки представляет собой крайне сложный объект. Описанные выше проблемы предполагают, что камеры для наблюдения за сваркой должны быть герметичными, иметь легко сменяемые защитные стекла и обладать максимальной защитой от воздействия электромагнитных помех. Кроме уже описанных проблем есть еще одна – широчайший динамический диапазон изображения зоны сварки, достигающий шести порядков между очень яркой дугой и темной поверхностью металла на некотором расстоянии от места сварки.
В результате для видеонаблюдения за сваркой невозможно применить стандартную систему промышленного зрения. Даже применение технологии HDR, программно совмещающей несколько снимков с разными экспозициями, не дает никакого результата: или видно большое яркое пятно от дуги и немного металла вокруг зоны сварки, или не видно ничего, кроме дуги.
Для решения задачи видеонаблюдения за процессом сварки используют два способа:
При построении систем пассивного видеонаблюдения используют излучение от расплавленного металла сварочной ванны и паров металла над ее поверхностью. Присутствующее в общем спектре излучение от столба дуги следует рассматривать как источник подсвета и одновременно как помеху. Собственный спектр излучения столба дуги и его рефлекторного отражения от поверхности сварочной ванны, состоящий из атомов и молекул ионизированного защитного газа, преимущественно имеет неметаллическое происхождение. На спектральной характеристике он занимает ультрафиолетовую, красную и ближнюю инфракрасную зоны.
Излучение от сварочной ванны носит металлический характер (свечение линий Fe, Hr, Mo, Ma и др.) и проявляется в широком диапазоне спектральных частот. Для повышения величины соотношения интенсивности излучения ванны и дуги, обеспечивающего получение контрастных границ контура сварочной ванны, используют интерференционные фильтры со степенью монохроматизма 10– 20 Å. Длина волны фильтра выбирается на участках спектра, где имеется значительное ослабление излучения от дуги и где расположен максимум излучения от сварочной ванны и паров металла у ее поверхности. На рис.1, показан спектр излучения от сварочной дуги (1), сварочной ванны (2) и спектральная чувствительность камеры (3).
На основе анализа семейства графиков для рассматриваемого варианта технологии сварки можно выбрать рабочую длину волны интерференционного светофильтра с максимальным ослаблением излучения от дуги и максимальным пропусканием излучения сварочной ванны. Для рассматриваемого случая наибольшее соотношение сигнала от ванны и дуги наблюдается при длине волны фильтра около 830 нм (4). Вид изображения от видеокамеры показан на рис. 2.
Активные системы видеонаблюдения, кроме узкополосных монохроматических фильтров, имеют еще дополнительную лазерную подсветку на длине волны пропускания светофильтров. Наилучшие результаты удается получить, если дуга расположена между подсветкой и камерой наблюдения. В этом случае при использовании полупроводникового лазера мощностью 1–5 Вт можно получить изображение электрода и свариваемого металла, полностью отфильтровав дугу. Конечно, такое изображение будет практически теневым и черно-белым, но благодаря таким установкам сварщик получает ту информацию, которая ранее для него была недоступной. А при использовании высокоскоростных камер, делающих несколько тысяч кадров в секунду, появилась возможность изучать процесс переноса металла от плавящегося электрода в сварочную ванну. Видео от камеры с частотой кадров 2 кГц показано на рис. 3.
На кадрах запечатлен момент образования одной капли расплавленного металла, образующей брызги при сварке.
В ближайшем будущем можно ожидать значительного расширения рынка видеокамер для наблюдения за процессом сварки, в первую очередь, благодаря появлению новых камер с расширенным динамическим диапазоном и снижению стоимости оборудования. Широкое развитие лазерной техники позволяет предполагать, что наибольшее развитие получат системы с активной подсветкой. Сегодня видеокамеры широко применяются практически во всех областях науки и техники, а процесс сварки плавлением едва ли не последний, где еще есть широкие возможности к расширению области применения.
Опубликовано: Спец.приложение "Video & Vision"-2014
Посещений: 12151
Автор
| |||
В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
