CN102814574B - 基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，属于焊接技术领域。其红外视觉传感***包括红外CMOS摄像机、滤光***、图像采集卡、计算机和显示器等。以窄间隙焊接电弧光和熔池自身辐射光作为光源，利用红外窄带滤光***滤除干扰信号并调节光强，计算机实时采集并显示红外CMOS摄像机获取的焊接图像。通过图像截取窗口截取远离电弧侧的图像进行处理，并通过提取坡口单侧边缘来获取焊缝偏差信息，可在有效避免运动电弧干扰的同时，提高焊缝偏差检测的实时性。本发明***构成简单、监控图像清晰、焊缝偏差检测精度高、抗干扰能力强、工程实用性好，可达到窄间隙焊接实时监控和焊缝偏差同步检测的目的。

Description

基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特指一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法。

背景技术

窄间隙电弧焊可分为窄间隙熔化极气体保护电弧焊、窄间隙埋弧焊、窄间隙非熔化极气体保护电弧焊等多种工艺，其中以窄间隙熔化极气体保护电弧焊（简称窄间隙MIG/MAG焊）的利用率为最高。窄间隙MIG/MAG焊是一种在窄坡口条件下进行的多层焊接方法，一般以每层单道或每层双道的自动方式施焊，具有坡口形状简单、焊缝截面积小、焊接效率高、能耗少、焊接热输入低、焊接热影响区小、接头韧性好等优点，在大厚度钢板焊接中优势明显，但也存在着坡口侧壁熔合和焊缝跟踪两大技术难题。另外，窄间隙焊接坡口窄、电弧弧光强、烟尘集中，难以人工方式监控焊接过程。

为了解决窄间隙坡口侧壁熔合问题，国内外先后开发出多种工艺技术，典型的有：摇动电弧窄间隙焊（专利号为ZL 200810236274.5、名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬”）、旋转电弧窄间隙焊（专利号为ZL 200510038527.4、名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”）、超窄间隙焊、双丝窄间隙焊等。但是在焊接过程中，往往受到坡口加工误差、工件装配误差、接缝固定曲率、焊接热变形等因素的影响，导致焊炬中心偏离接缝中心（即出现所谓的焊缝偏差），如果对焊缝偏差不及时地进行调整，将会影响焊接质量。也就是说，即使采用了合适的熔透控制技术，如果不能保证焊炬中心线与工件坡口中心的严格对中，坡口两侧壁的均匀熔透实际上也无法保证。因此，开发适用于窄间隙焊接应用的过程监控和焊缝跟踪技术，已成为能否保证其焊接质量的关键。 

传感技术又是实现焊缝跟踪的关键。焊缝跟踪传感方法一般有接触式、电弧式、电磁式、光电式、视觉式等多种。其中，视觉传感器因其具有与工件不接触、信息量大（可兼作监控）、抗电磁干扰能力强、灵敏度高、适用坡口形式多等优点，被认为是一种最有发展前景的传感方法。目前，常用的视觉传感器分为电荷耦合器件（CCD）式和互补金属氧化物半导体（CMOS）式两种，可将不同强度的光线信号转换为不同幅度的图像信息。与CCD式相比，CMOS传感器具有芯片集成度高、功耗低、响应速度快、动态范围广（可达120dB）等优点，可采用“线性+对数”的图像信号放大模式，能对低亮度信号线性放大而对高亮度信号则进行对数放大，在保证低亮度区域图像对比度的同时尽可能地扩展动态范围，因此特别适合在像焊接这种明暗对比程度高的环境中工作。 

关于窄间隙焊接的视觉传感技术研究不多。经文献检索，在名为“基于面阵CCD图像处理的窄间隙焊自动跟踪***”（张富巨等，焊接技术，2000年，第29卷，第6期，36~37页）一文中，提出了一种基于面阵CCD图像处理的窄间隙焊自动跟踪***，其构成包括工业控制计算机、CCD摄像机、图像采集卡、镜头、减光和滤光***等。该***利用弧光的作用，使坡口内部近坡口棱边处（无焊枪遮挡部分）呈现出几乎一致的白色，而坡口外的工件表面和棱边处呈现出一致的黑色，通过计算白色条纹到窗口边缘的距离与标定的距离差，实现窄间隙焊缝跟踪。该方法存在的缺点是：（1）CCD摄像机动态范围小，图像质量欠佳；（2）采集的图像不是直接的电弧区域图像，即传感检测位置与电弧实际位置不同步，降低了传感检测精度；（3）功能单一，不能同时监测熔池和电弧信息。 

在名为“一种窄间隙焊接被动光视觉传感器的研究”（许平非等，电焊机，2010年，第40卷，第3期，37~39页）一文中，提出了一种窄间隙红外CCD视觉传感***，其构成包括计算机、CCD摄像机、图像采集卡和滤光***等。该***利用红外CCD摄像机，配用中心波长为920nm的窄带滤光片，采集焊接区域图像，来观测窄间隙焊接过程。该方法存在的缺点是：（1）采用的CCD摄像机，动态范围小、响应速度较慢，影响焊接实时监控和动态分析效果；（2）仅进行窄间隙焊接过程的实时监测，未见实现焊缝的同步跟踪控制。

在专利申请号为200910076527.1、名称为“基于视觉检测的窄间隙电弧焊接在线决策方法”中，公开了一种焊枪偏移调整（即为焊缝跟踪控制）方法，通过CCD视觉传感器检测电弧摆动幅度中心（即电弧摆动中心）和焊缝宽度中心（即焊缝中心），当检测到电弧摆动中心与焊缝中心不重合时，即对焊枪位置进行调整。该方法存在的缺点是：（1）只针对摆动电弧应用场合，工艺适用范围窄；（2）需要通过多次边缘和位置检测才能获取焊缝偏差信息，图像处理工作量大，决策繁琐费时，影响焊缝跟踪控制的实时性；（3）采用CCD视觉传感方式，图像质量欠佳，影响检测精度。

发明内容

针对现有技术存在传感检测精度较低、监控效果欠佳、功能单一等缺点，本发明提出一种基于红外CMOS视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，能实时监视窄间隙焊接过程中熔池、电弧和浮渣等的形状和动态行为，并能提取出焊缝偏差信息以达到焊缝跟踪的目的。 

本发明提出的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法的技术方案是包括如下步骤：

1）采用包含有红外CMOS摄像机、滤光***、图像采集卡、计算机、显示器的红外视觉传感***，将摄像机与窄间隙焊炬固连后放置在焊炬前方并与工件底面呈20~60°的夹角，利用窄间隙焊接电弧光和熔池自身辐射光作为光源采集焊接图像，将焊接图像信号经图像采集卡送入计算机，经显示器显示；

2）摄像机采集焊前焊炬对中时基准图像或采集燃弧且电弧居中时基准图像，采用左侧图像截取窗口和右侧图像截取窗口分别对获取的基准图像进行截取，得到坡口左侧壁边界或熔池左边缘至左侧图像截取窗口左边缘的左基准边界距离L ₁ ，以及坡口右侧壁边界或熔池右边缘至右侧图像截取窗口右边缘的基准边界距离L ₂ ；

3）当电弧运动至离坡口右侧较近时，左侧图像截取窗口截取不受电弧干扰的左侧图像，并计算出熔池左边缘至左侧图像截取窗口左边缘的当前左边缘距离L _i ，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述左基准边界距离L ₁ 减去当前左边缘距离L _i ，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬偏向坡口右侧，若Δx＜0则焊炬偏向坡口左侧；

4）当电弧运动至离坡口左侧较近时，右侧图像截取窗口截取不受电弧干扰的右侧图像，并计算出熔池右边缘到右侧图像截取窗口右边缘的当前右边缘距离L _j ，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述基准边界距离L ₂ 减去当前右边缘距离L _j ，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬偏向坡口左侧，若Δx＜0则焊炬偏向坡口右侧。

进一步地，本发明所述红外视觉传感***具有三种工作模式：工作模式一是实现单一的窄间隙焊接监控功能，工作模式二是实现单一的窄间隙焊缝偏差检测功能，工作模式三是实现窄间隙焊接监控和焊缝偏差检测的双重功能；对于工作模式一，所述计算机为一台计算机；对于工作模式二，所述计算机为一台计算机或一台数字信号处理器；对于工作模式三，所述计算机是由主计算机和从计算机构成的双机***，主计算机采集焊接区域图像信息并送显示器实时显示，从计算机以定时或外部触发方式向主计算机请求对应时刻的图像数据，并通过图像处理实时提取焊缝偏差信息。  

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： 

1）红外CMOS摄像机体积小、功耗低、响应速度快、动态范围广，配用窄带红外滤光***，采集到的焊接区域图像质量高且焊丝、熔池、电弧和浮渣均清晰可见，实时监控效果好，工程实用性强。 

2）在实时监控的同时，还可以实现对焊缝偏差的同步检测。并且针对摇动、旋转、摆动等形式的运动型电弧，通过小窗口截取远离电弧侧的图像进行处理，避免了运动电弧干扰，提高了焊缝偏差检测精度。 

3）以焊前提取的焊炬对中时坡口侧壁与工件底侧面的边界为基准，并在焊前对该基准边界至图像截取窗口边缘的距离进行标定，可使得焊缝偏差检测***在施焊后即可同步投入使用，可消除检测工作盲区。 

4）具有多种工作模式，即：单纯的窄间隙焊接实时监控模式、单纯的窄间隙焊缝偏差实时检测模式、以及窄间隙焊接实时监控与焊缝偏差实时检测同步工作模式，可满足不同应用场合下的功能需求。

5）针对运动型电弧和非运动型电弧等不同的窄间隙焊接工艺，采取相应的小窗口图像截取策略，并通过提取坡口单侧边缘来获取焊缝偏差信息，工艺适应性强，焊缝偏差检测实时性好。 

附图说明

图1是窄间隙焊接的红外视觉传感***示意图。

图2是窄间隙焊接实时监控效果实例图，其中，图2(a)为电弧摇到右侧壁时电弧及熔池区域红外视觉传感效果图，图2(b)为电弧向左侧壁摇动过程中电弧及熔池区域红外视觉传感效果图，图2(c)为电弧摇到左侧壁时电弧及熔池区域红外视觉传感效果图。 

图3是采集的焊接区域图像轮廓示意图。

图4是窄间隙焊缝偏差检测原理示意图。其中，图4(a)为焊炬对中情况下焊前采集的基准图像示意图，图4(b)为燃弧且电弧居中时采集的基准图像示意图，图4(c)为电弧运动至离坡口右侧壁较近时焊缝偏差特征值Δx的检测原理图，图4(d)为电弧运动至离坡口左侧壁较近时焊缝偏差特征值Δx的检测原理图。 

图5是采用图像处理法检测窄间隙焊缝偏差的流程图。 

图6是窄间隙焊前基准图像边缘提取效果实例图。其中，图6(a)为图像处理前截取的小窗口图像，图6(b)为经过图像处理的边缘提取后图像。

图7是窄间隙焊接时基准图像边缘提取效果实例图。其中，图7(a)为图像处理前截取的小窗口图像，图7(b)为经过图像处理的边缘提取后图像。

图8是窄间隙焊接过程中焊炬右偏0.5mm时熔池右边缘提取效果实例图。其中，图8(a)为图像处理前截取的小窗口图像，图8(b)为经过图像处理的边缘提取后图像。

图9是焊缝偏差量d与图像处理提取的焊缝偏差特征值Δx之间关系图。其中，图9(a)为直流焊情形，图9(b)为脉冲焊情形。

图1中：1—窄间隙焊炬；2—红外CMOS摄像机；3—滤光***；4—图像采集卡；5—计算机；6—显示器；7—工件；8—熔池；9—焊缝；α—摄像机与工件底面的夹角。

图2中：10—电弧；11—焊丝；12—浮渣。

图3中：13—熔池后边缘；14—熔池前边缘；15—熔池左边缘；16—熔池右边缘。

图4中：17—工件左侧壁与底侧面的边界线；18—工件右侧壁与底侧面的边界线；19—左侧图像截取窗口；20—右侧图像截取窗口；L ₁ —坡口左侧壁边界17（或熔池左边缘15）至左侧图像截取窗口19左边缘的左基准边界距离；L ₂ —坡口右侧壁边界18（或熔池右边缘16）至右侧图像截取窗口20右边缘的右基准边界距离；L _i —电弧运动至离坡口右侧壁较近时熔池左边缘15至左侧图像截取窗口19左边缘的当前左边缘距离；L _j —电弧运动至离坡口左侧壁较近时熔池右边缘16至右侧图像截取窗口20右边缘的当前右边缘距离；Δx—图像处理提取的焊缝偏差特征值，即为焊缝偏差对应的像素差。   

具体实施方式

本发明适用于摇动电弧窄间隙焊接、旋转电弧窄间隙焊接、摆动电弧窄间隙焊接等运动电弧焊接，以及非运动电弧（如超窄间隙焊接）窄间隙焊接等场合。下面结合附图，对本发明的实施方式和实施过程做详细说明。

本发明的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法采用如图1所示的红外视觉传感***，该***包括：窄间隙焊炬1、红外CMOS（互补金属氧化物半导体）摄像机2（含微距镜头）、滤光***3、图像采集卡4、计算机5、显示器6。其中，红外CMOS摄像机2变焦范围为18~45mm、光圈值为5.6~32，其与焊炬1机械固性连接后置于工件7的上前方，且与工件底面成20~60°的夹角α；滤光***3与摄像机2同轴相连，该滤光***包括窄带滤光片、中性减光片、防护玻璃（即UV镜），窄带滤光片的中心波长为700~1100nm，中性减光片的透过率为1~20%，防护玻璃用于防飞溅，利用窄间隙焊接电弧光和熔池8自身辐射光作为光源，通过滤光***3能有效地消除弧光、烟尘、飞溅等干扰，并用中性减光片调节光强，以便能采集到清晰的焊接区域图像；图像采集卡4置于计算机5的卡槽内并通过视频线与摄像机2相连，将摄像机2采集的焊接图像信号经图像采集卡4送入计算机5；显示器6与计算机5相接，实时显示采集到的焊接区域图像。焊前，设置红外CMOS摄像机2的工作模式，调整镜头焦距和角度，使焊丝端部及待焊区域的图像清晰地显示在显示器6上。

该***具有三种工作模式：通过模式一可实现单纯的窄间隙焊接实时监控功能，通过模式二实现单纯的窄间隙焊缝偏差实时检测功能，通过模式三则可达到窄间隙焊接实时监控和焊缝偏差实时检测的双重功能。当该***在模式一方式下工作时，计算机5实际上为一台计算机；当该***在模式二方式下工作时，计算机5为一台计算机或一台数字信号处理器（DSP）；当该***在模式三方式下工作时，即在实时监控与焊缝偏差检测同步工作模式下，计算机5则是由主计算机和从计算机（或DSP）构成的双机***，其中，主计算机负责采集焊接区域图像信息、并送显示器6实时显示，从计算机（或DSP）以定时或外部触发方式向主计算机请求对应时刻的图像数据，并通过图像处理实时提取焊缝偏差信息。在工作模式二和工作模式三情况下，计算机5根据该焊缝偏差，通过焊缝纠偏机构实时调整焊炬位置，实现焊缝跟踪控制。 

如图2所示为基于红外视觉传感的窄间隙焊接实时监控效果实施例。这里，电弧运动方式为圆弧形摇动，焊接方法为窄间隙MAG直流焊，计算机5为一款工业计算机，图像采集卡4的型号为MicroEnable IV-AS1；摄像条件是：采用数字式红外CMOS摄像机2，摄像机角度α为30°，摄像速度1000帧/秒，光圈值22，焦距20mm，滤光***3中的窄带滤光片中心波长808nm、半带宽10nm，中性减光片透光率为10%；焊接工艺参数：焊接电流300A，焊接电压29V，焊接速度20.3cm/min，实芯焊丝直径1.2mm，焊炬高度18mm，保护气体Ar+20%CO₂的流量为40L/min，低碳钢试件坡口间隙12mm、坡角0°，电弧摇动频率2.5Hz、摇动幅值68°、摇动半径6.84mm，摇动电弧在坡口左右两侧壁停留时间各为100ms。图2中，图2(a)为电弧摇到右侧壁停留时电弧10及熔池8区域红外视觉图像，图2(b)为电弧向左侧壁摇动过程中电弧10及熔池8区域红外视觉图像，图2(c)为电弧摇到左侧壁停留时电弧10及熔池8区域红外视觉图像。可见，无论电弧处在摇动过程中的何种位置，都能从图像中清晰地观察到焊丝11、熔池8、电弧10和浮渣12，从而达到实时监控的目的。为了便于后续说明，本发明观察到的焊接区域图像可以用图3所示的示意图来表示，图3中包括：电弧10、焊丝11、熔池后边缘13、熔池前边缘14、熔池左边缘15、熔池右边缘16。

窄间隙焊缝偏差检测原理如图4所示。在焊炬1对中情况下，采用红外CMOS摄像机2采集焊前基准图像（其示意图如图4(a)所示），或采集燃弧且电弧10居中时基准图像（其示意图如图4(b)所示），并通过左侧图像截取窗口19和右侧图像截取窗口20分别对获取的基准图像进行截取，得到坡口左侧壁边界17（或熔池左边缘15）至左侧图像截取窗口19左边缘的左基准边界距离L ₁ ，以及坡口右侧壁边界18（或熔池右边缘16）至右侧图像截取窗口20右边缘的基准边界距离L ₂ 。在采用运动电弧焊接过程中，当电弧10运动至离坡口右侧壁较近（相对于离左侧壁）时，通过电弧运动位置信号控制左侧图像截取窗口19截取不受电弧10干扰的左侧图像进行处理（如图4(c)所示），并计算出熔池左边缘15至左侧图像截取窗口19左边缘的当前左边缘距离L _i ，此时焊缝偏差特征值Δx（即为焊缝偏差对应的像素差）等于左基准边界距离L ₁ 减去当前左边缘距离L _i ，若Δx=0则表示焊缝无偏差（此时焊炬1对准焊缝9的中心），若Δx＞0则表示焊炬1偏向坡口右侧，若Δx＜0则表示焊炬1偏向坡口左侧； 当电弧10运动至离坡口左侧壁较近（相对于离右侧壁）时，通过电弧运动位置信号控制右侧图像截取窗口20截取不受电弧10干扰的右侧图像进行处理（如图4(d)所示），并计算出熔池右边缘16到右侧图像截取窗口20右边缘的当前右边缘距离L _j ，此时焊缝偏差特征值Δx（即为焊缝偏差对应的像素差）等于右基准边界距离L ₂ 减去当前右边缘距离L _j ，若Δx=0则表示焊缝无偏差，若Δx＞0则表示焊炬1偏向坡口左侧，若Δx＜0则表示焊炬1偏向坡口右侧。通过上述小窗口截取远离电弧侧的图像进行处理，能有效地避免运动电弧的干扰，提高焊缝偏差检测的精度和实时性。对于非运动电弧窄间隙焊接（如超窄间隙焊接）来说，则可用小窗口截取坡口任一侧焊接图像进行处理。

图像处理是焊缝偏差检测的关键技术环节，图像处理检测窄间隙焊缝偏差的流程如图5所示，具体包括：1）针对红外CMOS摄像机2采集到的实时图像，采用小窗口19或20来截取远离电弧侧的熔池与侧壁边缘15或16的图像，以减少计算机5的图像处理工作量，提高图像处理速度，同时避免电弧干扰。2）采用中值法对截取后的图像进行平滑滤波，以降低焊接区域图像信号中由弧光、飞溅、烟尘、外部环境干扰等引起的噪声。3）通过对所截取图像的灰度分析，找出熔池图像与背景图像灰度分布的峰谷点并定位阈值点后，对平滑后的图像进行阈值分割，即对图像进行黑白化处理，以简化图像层次，突出边界，方便边缘提取。4）利用将高斯滤波和拉普拉斯边缘检测算法结合在一起的Log边缘算子，对阈值化后的图像进行平滑和积分处理滤除噪声后，检测熔池与背景图像灰度特性发生变化的位置，提取出熔池8与坡口侧壁之间的边缘线。5）计算熔池与坡口侧壁边缘线到图像截取窗口边缘的当前边缘距离L _i 或L _j ，并将计算出的当前边缘距离（简称当前边距）L _i 或L _j 与基准边界距离（简称基准边距）L ₁或L ₂进行比较，求得用像素差值                                               表示的焊缝偏差特征量。

图6为焊炬对中情况下窄间隙焊前基准图像边缘提取效果实例图。摄像条件：数字式红外CMOS摄像机2的角度α为30°，光圈22，焦距20cm，无滤光片、无减光片；图像截取窗口大小为200×120像素；试件由三块机加工的低碳钢板点焊而成，底板长宽厚尺寸为250×75×16mm，左右侧壁棱边长宽高尺寸为250×16×20mm，由左右侧棱边沿底板长度方向围成的12mm坡口间隙位于75mm宽的底板中央。图6(a)中，较亮处为试件底板，较暗处表示16mm宽的坡口右侧棱边；图6(b)中，白线为经图像处理提取的坡口右侧壁与试件底板的边界线，即为右基准边界。

图7为焊炬对中情况下燃弧时获取的基准图像边缘提取效果实例图，其中图7(a)为图像处理前截取的小窗口图像，图7(b)为经过图像处理的边缘提取后图像；图8为窄间隙焊接过程中焊炬右偏0.5mm时熔池右边缘提取效果实例图，其中图8(a)为图像处理前截取的小窗口图像，图8(b)为经过图像处理的边缘提取后图像。其图像截取窗口尺寸同图6，其余试验条件与图2中所涉及的相同。比较图6(b)和图7(b)中的白线位置，可知焊前和燃弧时获得了几乎一致的基准边界位置。将图8(b)与图8(a)比较可知，图8(b)中白线表示的熔池右边缘与图8(a)中熔池与侧壁实际边界线基本重合，说明了本发明的图像处理边缘提取算法的有效性和可靠性。

图9为焊缝偏差量d与图像处理提取的焊缝偏差特征值Δx之间关系图。其中，图9(a)为直流焊情形，图9(b)为脉冲焊情形；焊缝偏差量d的负值表示左偏、正值表示右偏。直流焊接试验条件与图2中涉及的相同；脉冲焊接参数：平均焊接电流300A、平均焊接电压30V、电流脉冲占空比50%、脉冲频率200Hz、脉冲峰值电流485A，其余试验条件与直流焊接时相同。从根据实际测量值得到的拟合结果来看，图像处理提取的焊缝偏差特征值Δx与实际焊缝偏差量d之间呈高度线性关系，且在直流焊接和脉冲焊接时无本质性区别，说明本发明的窄间隙焊缝偏差检测方法检测精度高、实用性强。

Claims (5)

1.一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是包括如下步骤：

1）采用包含有红外CMOS摄像机（2）、滤光***（3）、图像采集卡（4）、计算机（5）、显示器（6）的红外视觉传感***，将摄像机（2）与窄间隙焊炬（1）固连后放置在焊炬（1）前方并与工件（7）底面呈20~60°的夹角，利用窄间隙焊接电弧光和熔池（8）自身辐射光作为光源采集焊接图像，将焊接图像信号经图像采集卡（4）送入计算机（5），经显示器（6）显示；

2）摄像机（2）采集焊前焊炬（1）对中时基准图像或采集燃弧且电弧（10）居中时基准图像，采用左侧图像截取窗口（19）和右侧图像截取窗口（20）分别对获取的基准图像进行截取，得到坡口左侧壁边界（17）或熔池左边缘（15）至左侧图像截取窗口（19）左边缘的左基准边界距离L ₁ ，以及坡口右侧壁边界（18）或熔池右边缘（16）至右侧图像截取窗口（20）右边缘的基准边界距离L ₂ ；

3）当电弧（10）运动至离坡口右侧壁较近时，左侧图像截取窗口（19）截取不受电弧（10）干扰的左侧图像，并计算出熔池左边缘（15）至左侧图像截取窗口（19）左边缘的当前左边缘距离L _i ，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述左基准边界距离L ₁ 减去当前左边缘距离L _i ，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬（1）偏向坡口右侧，若Δx＜0则焊炬（1）偏向坡口左侧；

4）当电弧（10）运动至离坡口左侧壁较近时，右侧图像截取窗口（20）截取不受电弧（10）干扰的右侧图像，并计算出熔池右边缘（16）到右侧图像截取窗口（20）右边缘的当前右边缘距离L _j ，此时焊缝偏差特征值Δx等于所述基准边界距离L ₂ 减去当前右边缘距离L _j ，若Δx=0则焊缝无偏差，即焊炬对中，若Δx＞0则焊炬（1）偏向坡口左侧，若Δx＜0则焊炬（1）偏向坡口右侧。

2.根据权利要求1所述的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是：所述红外视觉传感***具有三种工作模式：工作模式一是实现单一的窄间隙焊接监控功能，工作模式二是实现单一的窄间隙焊缝偏差检测功能，工作模式三是实现窄间隙焊接监控和焊缝偏差检测的双重功能；对于工作模式一，计算机（5）为一台计算机；对于工作模式二，计算机（5）为一台计算机或一台数字信号处理器；对于工作模式三，计算机（5）是由主计算机和从计算机构成的双机***，主计算机采集焊接区域图像信息并送显示器（6）实时显示，从计算机以定时或外部触发方式向主计算机请求对应时刻的图像数据，并通过图像处理实时提取焊缝偏差信息。

3.根据权利要求1所述的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是：对所述图像截取窗口截取的图像进行处理时，先采用中值法平滑滤波，再进行灰度分析和阈值分割，最后利用将高斯滤波和拉普拉斯边缘检测算法结合在一起的Log边缘算子对阈值化后的图像进行平滑和积分处理滤除噪声，提取边缘线。

4.根据权利要求1所述的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是：对于非运动电弧窄间隙焊接，用左侧或右侧图像截取窗口相应地截取坡口任一侧焊接图像进行处理。

5.根据权利要求1所述的基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其特征是：所述摄像机（2）变焦范围为18~45mm、光圈值为5.6~32，所述滤光***（3）与所述摄像机（2）同轴相连，该滤光***（3）包括中心波长为700~1100nm的窄带滤光片、透过率为1~20%的中性减光片、防护玻璃。