图 1. 使用 MeltPool AI 图像分析工具进行 WAAM 质量监控。正确的熔池几何形状（a）会使表面更平滑、更均匀（b），而过热的沉积物则会导致熔池不受控制地增长，直至坍塌（c）。这种熔池坍塌会导致 WAAM 堆积侧表面不平整（d）。(图片 (b) 和 (d) 摘自 Shah A, Aliyev R, Zeidler H, Krinke S. 制造与材料加工杂志，2023 年)

熔池参数（如面积、方向、宽度、长度、偏心率等）可实时用于创建闭环 PID 反馈控制，以确保 WAAM 工艺的热稳定性，确保达到所需的冷却速率，从而获得指定的微观结构，尤其是与Xiris XIR-1800 热像仪的温度测量相结合时。温度测量可以通过控制层间温度来改进闭环控制：热像仪可以测量每个沉积层的温度，一旦层间温度达到必要的值，就可以开始下一个沉积层，而不是在层间等待一个预设的时间。

熔池分割也可用于 WAAM 工艺，通过检查焊接熔池尺寸是否始终在控制范围内（尽管有热量积累）来确保材料不会溢出。将热量积聚控制在极限范围内有助于避免熔池塌陷，从而提高加工余量。

结论

自适应闭环控制在解决 WAAM（电弧增材制造）工艺的热稳定性难题方面发挥着重要作用。通过集成自适应闭环控制，可以在 WAAM 工艺中实现理想的微结构，从而提高热稳定性。使用Xiris XIR-1800等热像仪进行温度测量，可通过监测层间温度和实时调整工艺提供额外的自适应闭环控制选项。从而实现更好的工艺控制。

这些测试对于了解焊接工艺在太空独特环境中的行为至关重要，其中重力、温度和压力等因素与地球上的因素有很大不同。为了有效地监控这些焊接实验，在真空室内放置了两台先进的 Xiris 相机（一台熔池监控相机和一台红外热像仪XIR-1800）。尽管真空和零重力条件恶劣，但这些相机的性能非常出色，为研究团队提供了宝贵的数据。作为专门设计和制造这些相机的公司，我们为它们在这项关键研究中的表现感到非常自豪。

焊接在太空中的重要性

太空焊接不仅仅是一项技术挑战;它是未来太空探索的必要条件。随着我们开始在地球以外的长期载人任务并探索在月球和火星上定居的可能性，太空焊接的重要性不断增长。太空焊接将能够在轨道上直接组装空间站和月球栖息地等大型结构，从而避免与从地球运输预制组件相关的成本和限制。此外，在太空中焊接的能力对于修复损坏的航天器至关重要;即使是小问题也可能危及任务或使昂贵的卫星无法运行。 在更遥远的将来，利用当地采购的月球或火星材料的焊接技术也可以促进工具和结构的现场生产，减少对地球供应的依赖。在危险的太空环境中，焊接受损部件的能力可以在紧急情况下挽救生命，凸显了它在确保机组人员安全方面的关键作用。

然而，太空焊接给科学家和工程师带来了独特的挑战，包括真空环境、微重力、温度波动和辐射暴露。克服这些障碍对于太空结构的建造和维修至关重要，因此太空焊接专业知识对于未来的探索至关重要。在地球上进行传统的制造和维修方法在太空环境中可能不可行。因此，研究如何使焊接技术适应零重力条件至关重要。 为了应对这些挑战，来自 NASA 和俄亥俄州立大学的一组研究人员和学生设计并进行了一组独特的实验。

实验

实验装置包括一个大型真空室和一个激光束系统。激光头位于真空室上方，允许激光束穿过一个特殊的窗口，而 Xiris 相机安装在真空室内，直接面向焊接区域（图 2）。

真空室和激光系统都安装在一架改装的飞机上。这架飞机沿抛物线轨迹执行部分飞行，在此期间，机舱内的重力降至零，为研究人员和设备创造了 20-25 秒的失重环境。焊接测试是在这些短暂的微重力期间进行的，有效地模拟了不离开地球的太空条件。

Xiris 相机在空间焊接测试中的作用

俄亥俄州立大学焊接工程博士生 Aaron Brimmer 直接参与了焊接实验，他阐明了这项研究需要专用焊接相机的原因。他说：

我们研究太空条件下的激光焊接的工作要求我们在零重力下进行实验——通过抛物线飞行活动在地面上完成。这些活动非常昂贵且难以运行，因此高速焊接和热成像使我们能够最大限度地利用每条抛物线收集的数据量。

我们选择 Xiris 热成像和焊接相机有两个主要原因：高可靠性和在真空中运行的能力。可靠性是我们工作的关键;我们在零重力期间拥有的每一秒都是宝贵的。摄像机工作顺利，Xiris 的合作使我们能够构建一个强大的系统，用于在抛物线飞行工作期间捕获视频，几乎从 LabVIEW 独立运行。选择这些相机的另一个原因是我们必须在高真空环境中完全运行。可以理解的是，在真空中进行焊接摄像的商用现成选项很难或不可能获得。通过我们的一些精心设计和 Xiris 的帮助，我们能够在高真空中成功使用两台 Xiris 相机，同时保持一台相机的 100% 占空比和第二台相机的 60-80% 占空比。

展望未来

随着研究人员继续他们在太空焊接方面的开创性工作，从这些初步测试中获得的见解将为航空航天制造的未来发展铺平道路。在太空中焊接的能力不仅增强了我们的探索能力，还为其他星球的可持续生活奠定了基础。

展望未来，Xiris Automation、NASA 和俄亥俄州立大学之间的合作代表了太空焊接技术向前迈出的重要一步。我们的相机在这些开创性的实验中发挥的作用让我们感到自豪，它们在真空和零重力的具有挑战性的环境中提供关键数据。这种合作伙伴关系加强了我们支持创新研究的承诺。

随着更多项目的出现，我们很高兴能一起继续这一旅程。太空探索的未来取决于我们适应和发展技术以应对前所未有的挑战的能力，我们渴望为塑造人类在地球以外的新篇章的进步做出贡献。

[1]. Choi, E., A. Brimmer, W. McAuley, B. Panton, A. Ramirez, W. Evans, A. O’Connor, Z. Courtright, and J. W. Sowards. “Laser Beam Welding for in-Space Joining Demonstrated Under Vacuum on the Ground and By Parabolic Flight Experiments.” In DoD NDEP STEM. 2024.

联系哈尔滨维捷郭经理 15204603987 获取更详细信息。

然而，确实存在一些例外，例如GTAW / TIG或等离子焊接，其中确实存在一些颜色，尤其是焊枪。

在这种情况下，彩色相机可能是对过程进行成像的首选，使操作员能够看到一些在黑白成像中不容易看到的特征。

使用典型的焊接相机系统，例如Xiris提供的系统，图像由彩色相机以原始图像格式生成，每像素最多可达20位。然后，这些图像必须经过色调映射过程，以实现最佳图像质量，以便在通常为每像素 8 位的显示器上显示。

这种色调映射过程对于增强彩色图像至关重要，以便它们能够引起观众的最大兴趣。每个焊工都希望看到自己的特定功能通过色调映射过程得到增强，以便它们最明显，并允许他们对过程做出更好的决策。色调映射过程的设置方式可以定义焊接图像中的哪些特征为查看器增强。 通过更改色调映射的成像参数，可以使某些特征更加明显。

熔池的前缘、接缝宽度和位置、热影响区 （HAZ） 的存在以及熔池的纹理等特征都是可以通过调整色调映射参数来增强的特征示例。

Xiris开发了一个强大的彩色成像软件模块，作为其WeldStudio平台的一部分，允许用户调整色调映射参数，以确保其感兴趣的特征最明显。这是通过一系列步骤完成的：

• 首先，该软件查看每个颜色通道的直方图信息。数字彩色图像由三个分量组成——红色、蓝色和绿色（或“RGB”）。因此，每个像素都有自己独特的红色、蓝色和绿色值。测量每个RGB分量的直方图的最小值和最大值，并从输入范围“切割”像素强度值的“有效范围”。
• 色调映射软件对显示颜色进行规范化，以便范围底部的像素显示为纯黑色，范围顶部的像素显示为纯白色，并相应地映射中间值。黑白值可以由软件自动计算，也可以由用户手动控制。黑色（底部切割）点和白色（顶部切割）点的计算分别受“暗色”和“饱和度”设置的影响。
• 默认情况下，有效范围到输出图像的映射是线性的。但是，可以使用伽玛曲线或 S 曲线将其设置为非线性
• 减小伽玛将导致在图像的黑暗区域看到更多细节;增加它将导致在明亮区域看到更多细节。

S 曲线是查找表（或“LUT”）的一种形式，用于转换每个输入 RAW 像素在色调映射过程中的显示方式。

S 曲线是使用以下格式的方程式生成的：

其中 α 和 β 是系数值，可以使用滑块进行调整以更改 S 曲线的形状。在彩色图像的情况下，每个 R、G 和 B 颜色通道都可以有自己的曲线。通过调整系数，可以使相应的颜色分量变亮或变暗，有助于增强图像以突出某些特征。

最后，可以调整整体图像的鲜艳度，以增加焊接过程中常见的柔和颜色的强度，同时保持饱和颜色（如焊弧或焊枪）不变。其结果是，其他焊接特征（如熔池或背景）可以看起来更自然，甚至随着活力的增加而增加。

具有不同色调映射的示例：

总结

彩色图像可以为焊工提供在单色图像中不常被注意到的附加信息，特别是对于 GTAW / TIG 等精密焊接。在一些非常具体的焊接工艺中，使用单个查找表增强色调映射处理可以成为自定义图像显示并突出显示单个焊工感兴趣的特定特征的有效工具。

面对高达300毫米的深缝挑战，实时监控焊接进程以确保无瑕质量成为必行之举。窄缝中易出现的侧壁未熔合等问题，凸显了连续、高清观测的重要性。

为何窄间隙焊接呼唤智能监控？

• 实时捕捉缺陷：预防由参数不当或表面处理不佳引发的侧壁熔合不足。
• 确保层间完美结合：监控每道焊缝的相互熔合，避免因清洁度或参数设置误差产生的问题。
• 精准电弧控制：保持电弧与侧壁精确对准，防止焊接不均。
• 平衡焊枪摆动：对称摆动增强两侧熔合，需精细调整与监控。

传统挑战与现代解决方案：

过去，受限于空间与技术，小型“口红”相机成为主流，但其模拟技术和缺乏HDR成像能力限制了应用效果。随着市场需求升级和原有设备退役，行业急需革新。

Xiris XVC-310口红相机应运而生，携全数字彩色HDR成像技术，突破传统局限。这款直径仅17毫米的紧凑相机，不仅无缝融入狭窄作业空间，还提供超过120dB的动态范围，清晰展现焊接细节，实现远程监控和功能自动检测。

XVC-310的核心优势：

• 紧凑设计：适配各种狭窄环境。
• HDR彩色成像：卓越图像质量，深度揭示焊接状态。
• 工业4.0兼容：GigE以太网接口，支持高级自动化集成。

监控视角选择：

• 前端视角：直击熔池前沿，监控对齐、尖端状态及侧壁熔合。
• 后端视角：评估焊道形态、送丝速度与质量，及时发现表面瑕疵。

结语：

在窄间隙焊接的精密世界里，XVC-310不仅是摄像头的迭代，更是焊接工艺透明化、智能化的里程碑。通过精准监控，确保每一次焊接都达到最优状态，推动制造业向更高标准迈进。

传统操作环境下，焊枪或等离子弧的对准以及焊丝或粉末向基材的输送校验，往往需要在设备停机后进行离线检查，通常借助焊接头盔或外部焊接观察窗，受限于不佳的观察角度，增加了调试难度。相比之下，HDR焊接相机嵌入至MAM设备内部后，操作员得以在实时运行状态下，直观获得焊枪与焊丝（或粉末流）的高对比度、高清晰视图，无论何种工艺设定，皆能一览无遗。如此一来，他们能够在不影响生产连续性的情况下，即时根据摄像反馈调整工艺参数，确保焊接过程持续处于理想状态。

采用最新一代Xiris HDR焊接相机，MAM设备的操作界面所提供的图像品质达到了前所未有的清晰度，足以支撑在设备内部实施严格的质量保证与工艺控制措施。该相机依托先进的电子组件，实现了惊人的10,000,000:1对比度水平，相当于约140分贝的信号动态范围。这些高精度图像随后被细腻地转换为8位格式，呈现在显示屏上，使得操作员能够轻易辨识图像中最亮与最暗部分的细微特征，无需依赖传统的焊接护目镜进行间接观测。

配套的软件工具进一步增强了操作体验，赋予用户对摄像系统的全面操控能力，包括录像与回放功能，以及对捕捉到的图像进行深度分析处理，从中提炼出关于沉积过程的关键信息，助力实时决策与后期工艺评估。综上所述，HDR焊接相机不仅革新了MAM工艺的可视化水平，更为实现精准焊接控制、提升产品质量与生产效率提供了强大技术支持。

TIG焊/等离子弧焊，特别适合于窄间隙、全位置轨道焊接

XVC-310 焊接相机是一款配备120+ DB高动态范围（HDR）功能的微型彩色相机，专为在空间受限环境下远程观察和监控GTAW（钨极氩弧焊）及等离子焊接过程而设计，如窄间隙焊和全位置轨道焊应用。XVC-310可以轻松监控TIG尖端、熔池、焊缝、母材以及送丝情况等焊接特征，在焊接前、中、后阶段提供更优质的图像、更明智的决策和更好的工艺控制。

功能特点

• 高分辨率成像：HDR功能使相机能够生成具有超过120dB动态范围的高清彩色图像，确保操作员对焊接准备及过程有清晰、无间断的视图。
• 易于升级：紧凑的17mm外壳使得该相机能够轻松替换老旧的口红式相机，仅需进行最小的技术改动即可完成升级。
• 多相机同屏显示：多台相机可在同一屏幕上无缝显示与控制。
• 简化布线管理：使用一根长达10米的高柔性同轴电缆传输视频信号至相机控制器，控制器再通过GigE或POE连接至PC，确保额外100米范围内数据传输的可靠性。
• 多样化镜头选择：提供多种标准镜头选项，以适应不同的工作距离和视野要求，确保适用于各种应用场景。
• 软件兼容性：与Xiris的WeldStudio和WeldStudio Pro软件包兼容，用于相机控制、视频显示、录制回放，以及支持工业4.0过程控制的各种机器视觉和AI工具。

技术规格

• 尺寸：
  相机：直径17mm × 长度83mm 
  控制器：宽度100mm × 高度50mm × 长度150mm
• 重量：
  相机：80克、
  控制器：600克
• 相机分辨率：1344 × 968像素，滚动快门。
• 电源：采用POE（以太网供电）
• 图像数据格式：彩色16位HDR，最高可达40帧/秒
• 环境防护等级：IP65
• 镜头：配备S接口可现场调焦镜头
• 工作环境温度：
  1、常温下可达45°C，无需冷却
  2、配备冷却座时可达80°C
  3、配备冷却壳体时可达300°C
• 相机控制参数：曝光时间、增益、饱和度、帧率、感兴趣区域（AOI）、图形叠加、色彩控制
• 可选外置照明：可集成冷却座照明，或使用外部光源
• 连接至PC接口：M12 X编码以太网（Cat 6+），带POE功能
• 认证：CE、FCC、RoHS

哈尔滨维捷焊接还提供包括光学器件、电缆、控制器、HMI设备、电源适配器、焊接麦克风和工业壳体在内的所有配件。

1. 挑战：

该北美管道制造商致力于为其运营团队提供一种运行期间远程观察焊缝“V”的解决方案，以提高安全性，避免操作员攀爬至滚压机上直接查看焊接过程。若能通过摄像头远程清晰观测到焊缝“V”，而非透过滚压过程中产生的蒸汽进行查看，则有助于推动实现“无接触”焊接流程，从而减少操作员需深入焊接环境进行检查或调整工序的需求。

2. 核心目标：

这家管道制造商尤为关注其生产流程中的几个机械变化点，包括：

1. V形间隙的变化（即所谓的“间隙呼吸”）或感应线圈后两片带钢边缘之间空间的周期性不稳定。这种现象可能是由于成形滚轮不完美、管道沿线应力分布不均或进入管道的热量波动等因素导致；
2. 焊接顶点相对于焊接挤压点的位置。焊接顶点定义为管材上两片边缘首次接触并闭合的点，其位置受诸多因素影响，如V形角度、成形滚轮的位置及压力以及流入管道的感应能量等。

3. 客户成功案例：

Xiris公司提供的SWIR热像仪被封装在一个特制的防护外壳内，并置于高频焊接环境中，紧随感应线圈之后对焊缝“V”进行实时观测。该外壳设计利用气流确保不会有任何蒸汽、烟雾或其他微粒接触到相机镜头，干扰图像质量。

同时，针对焊接操作员需求开发的专用软件工具得以实施，使得操作员能够简便地检测到焊接顶点及其在焊缝间隙可能出现的“呼吸”现象。

通过运用图像处理软件工具，操作员能够获得工艺反馈信息，并设定工作范围极限以建立最佳实践标准。该系统实现了向操作员提供具有报警功能的可量化工艺反馈的目标，使操作员能在早期阶段就识别出任何工艺异常。

成果与效益：

高频预焊接检测系统的应用带来了显著的成效和益处：

1. 提升安全性：远程监控方案为监督焊接流程提供了更为安全的方式，有效降低了与物理检查相关的操作员受伤风险。
2. 改善稳定性：管道制造商成功实现了更稳定的焊接工艺，从而持续产出高质量产品。通过对机械变量的有效控制以及对焊接参数的严密监测，整个工艺流程变得更加可预测和可靠。

高频焊接难题

高频焊接以其能够处理各种管径和壁厚的能力而闻名，成为众多制造商的首选技术。然而，它要求对轧机几何结构、材料质量以及焊接参数进行精确控制。随着高强度材料需求的增长以及成本效益生产的迫切需要，容错率变得极低。

创新型检测技术如何提升精度标准？

创新型SWIR高动态红外热成像焊接相机检测系统的出现正在彻底改变高频焊接领域。这些系统为焊接过程提供了宝贵的洞察力，使其能够有效地应对挑战：

1. 二维清晰度：采用先进的摄像技术，提供焊接“V”经过感应线圈后的详细二维视图。这种视觉清晰度赋予操作员前所未有的精确监控焊接过程的能力。
2. 几何与热数据解读：这些系统不仅提供视觉数据，还能解析几何和热力学信息。这种多维度的方法确保了对焊接过程的精准控制。
3. 实时监控：连续测量和实时监控使得操作员能够在焊接过程中实时掌握情况，及时作出必要的调整。
4. 基于数据的决策制定：统计过程控制（SPC）分析工具支持基于数据的决策制定，确保焊接过程的每个环节都得到优化。

如何在高频焊接中测量V角：关键问题

在高频焊接中，关于如何测量V角的问题至关重要。这一参数对于确定焊接过程的效率和可靠性起着决定性作用。创新型检测系统对此给出了明确答案，提供实时测量和深入见解，指导操作员达到理想的V角值。

拥抱管材制造的精密时代

随着这些先进检测系统的应用，行业发生了显著变革：

1. 无缝焊接：技术的进步使得制造商能够持续生产出完美的焊缝，大大提高了质量标准。
2. 成本效益提升：更高的生产效率和成本效益已成为行业的普遍标准，使制造商能够更加有效地满足市场需求。
3. 实时调控能力：操作员现在具备了实时微调焊接过程的能力，能够迅速响应变化。
4. 数据驱动的卓越性能：基于数据的明智决策已成为运营的基础，确保取得最优结果。
5. 早期偏差发现：行业现具备早期偏差检测能力，可以立即采取纠正措施，维持产品质量始终如一。

引领精密焊接新纪元

创新型检测系统的集成已经彻底革新了高频焊接，即使面临高强度材料需求激增和成本效益生产的挑战，也能实现精度和效率的双重提升。如今，这个行业正迈向一个崭新的卓越时代。

若您正在寻求通过埋弧焊自动化设备提升效率并降低成本，XVC-S焊接摄像系统无疑是您自动化生产线不可或缺的一部分。此款摄像系统能实现远程对埋弧焊接过程的全面观测，涵盖焊枪、焊接区域以及待焊接材料等关键部位。

3. 使用XVC-S摄像头的优势：

• 精确无误的焊接定位：清晰呈现焊丝、焊枪与焊接区域的状态，确保焊接过程的可视化。
• 缩短装配时间：通过实时视觉辅助，显著减少焊枪位置校准与焊丝干伸长度调整所需的时间。
• 提升运行效率：延长燃弧时间，减少中断次数，以确保连续稳定的运行生产力。
• 保障整体生产效率：无论从操作流程还是生产节拍上，XVC-S均有助于提升整体生产效能。
• 健康安全保障：有效避免操作人员与高温焊接区域直接接触，改善焊工工作环境，保护其健康安全。
• 实时验证功能：提供实时焊接质量监控与验证，确保每一步骤符合标准要求。
• 视频录制功能：配备视频记录功能，便于回溯分析、培训教育及质量控制。