焊接是连接材料的方式之一，广泛应用于汽车生产、造船、石油化工、航天航空、建筑等基础产业。其原理是对材料进行局部快速加热致其局部熔化、连接。由于焊接过程短暂，需实现快速加热然后冷却，导致焊接部位的强度和耐蚀性下降，并使材料发生变形和产生残余应力 ^[1]。

目前主要的焊接技术有气体保护焊、激光焊接、激光-电弧混合焊接、搅拌摩擦焊接等。本设计中研究的K-TIG焊发展于非熔化极气体保护焊（GTAW）又称TIG焊，TIG焊具有过程稳定、焊接质量优良、焊接适应性强的优点。而K-TIG焊发展于此，通过改变焊枪结构，使其能够通入大电流（gt;300A），形成的较大电弧压力与熔池液态金属的表面张力实现相对平衡，形成小孔而实现深熔焊。不需开坡口和填充金属，其焊接过程 “小孔”始终存在 ^[2]。

K-TIG焊接质量的影响因素很多，焊接工艺参数、钨极结构、气体保护、外部环境等。1.钨极的几何形状，阴极发射的最大热力值密度与钨极的表面温度和钨极的几何参数有关。钨极发射热离子的面积与焊接电流、钨极尖端角度和钨极直径有关。2.保护气体的种类和气流流量。K-TIG焊通常用纯氩气作为保护气体，焊接时气体流量要足够大，以保护气体有足够的挺度，提高其抗干扰能力。但气体流量过大，保护气流的紊流度增大，将外界的空气卷入焊接区，使保护效果变差，使在焊接中焊缝产生气孔。3.高精度的夹具和焊接工艺参数（焊接速度，焊接电流，电弧电压等）的合理配合。焊接操作过程中，应先调节焊接速度，再调节焊接电流，焊接速度与板厚成反比，当电流gt;250A时，电弧压力是小孔形成和保持稳定的一个关键因素，而K-TIG焊接过程中熔池的小孔行为是影响焊缝成型和焊接接头质量的关键因素，要获得高质量的焊接接头，必须研究电弧压力及电弧压力形成的因素。以下这些因素与k-TIG焊接电弧压力，（1）焊接电流：焊接电流I是影响电弧压力F的主要因素，（2）钨极尖端角度和钨极的直径，尖端夹角减小或增大钨极直径，电弧压力增大。例如：尖端夹角从90度降到30度，电弧压力会增大12%，钨极直径从2.4MM增加到6MM，将使电弧压力增加大9%。（3）.电弧电压：电弧电压增大，电弧的热量增加，电弧压力增大。（4）钨极的凸台半径：减小凸台半径，会降低电弧电压，增大热量的输入。

目前国内研究K-TIG监控系统的单位主要有华南理工大学、天津大学以及兰州理工大学。华南理工大学石永华教授等 ^[3]人通过声信号采集，分析焊接过程产生的声信号进而研究熔透状态；天津大学罗震教授等 ^[4]人通过三维重构技术建立熔池小孔附近流动未稳定区与未熔透状态下气孔处焊缝的三维模型来监控熔池状态进而监控焊接质量；兰州理工大学张瑞华教授等 ^[5]人根据磁流动力学理论建立电弧的三维有限元数学模型，以获得大电流焊接时的温度、电势、电弧压力及等离子体速度场分布，用于指导K-TIG焊缝质量评价。

国外则主要通过图像处理技术实时监测焊接时的熔池形态行为、锁孔的大小以及占比、飞溅物和羽流的形态进而监控焊接质量，亦可以通过电压电流监测、声发射、红外线以及紫外线图像分析等技术实现监控焊接质量^[6]-[15]。

非接触式监控方式主要是通过声信号分析以及图像采集处理，本设计中应用高动态图像技术、图像处理算法，针对K-TIG焊焊接工艺特点,开发相应的图像采集系统、机器人运动控制系统，完成焊接过程视觉识别与K-TIG焊自动焊接过程。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

应用高动态图像技术、图像处理算法，针对K-TIG焊焊接工艺特点,开发相应的图像采集系统、机器人运动控制系统，完成焊接过程视觉识别与K-TIG焊自动焊接过程。

设计内容主要包括：

1．实现K-TIG焊接过程的高频图像采集。