熔池质量在线检测是焊接领域中重要的研究内容之一,在线获取并分析焊接过程中的多元化信息,可为焊接制造过程提供实时质量评价数据和工艺控制导向。在冷金属过渡复合脉冲焊接(Cold Metal Transfer Plus Pulse Welding,CMT+P)过程中,熔池图像宽度反映了焊速的变化,电弧光谱反映了保护气流量的变化与焊接母材表面有机物残留情况。本文的研究内容主要集中在基于PC+FPGA(Personal Computer and FieldProgrammable Gate Array)平台设计并研制电弧增材工艺光谱协同感知装置,通过该装置在焊接过程中获取高信噪比熔池图像与电弧光谱并最终实现了焊速、保护气流量、母材表面有机物残留的实时监测与反馈,具体内容如下:(1)基于熔池图像的焊速稳定性监测。使用FPGA设计合适的滤波器检测工艺电流信号,自适应判断短路过渡时刻并同时触发相机,拍摄得到高信噪比熔池图像。然后在PC端通过轮廓提取算法的得到熔池宽度,实现焊速变化的监测。(2)基于电弧光谱的保护气与有机物监测。经光谱仪采集到的光谱数据包含了大量的杂色光和噪声,通过FPGA触发设计可有效的削弱杂色光和噪声得到高信噪比的光谱数据。使用Apriori算法对所得光谱数据进行数据挖掘得到不同保护气流量的关联规则,进而设计FPGA模块实时监测焊接过程中电弧光谱的变化情况,实现保护气流量与母材表面有机物残留情况监测。(3)基于FPGA的焊接反馈模块。本模块利用FPGA强大的并行处理功能实时采集焊接过程中电参和光谱数据,将焊接过程中焊速的变化、保护气流量的变化和母材表面有机物残留的情况通过外设I/O口实时反馈给焊机控制系统,实现焊机自身工艺参数的调控以提高焊接整体质量。基于上述工作,经整机研制得到电弧增材工艺光谱协同感知装置,最后通过实验设计验证装置功能,实现了焊接焊接过程中焊速的变化、保护气流量的变化和母材表面有机物残留的在线反馈与调控,增强了焊接机器人的智能性。