随着焊接制造领域对自动化焊接与智能化焊接的迫切需求,因CO₂焊诸多优点,基于视觉的CO₂焊焊缝跟踪技术在航天、汽车等工业中的应用急剧上升,其焊缝及熔池图像获取方法和处理的可靠性和高效性也受到高度重视。因CO₂焊熔滴短路过渡过程熔池附近区域飞溅金属、光照强度分布及变化情况复杂,严重限制了熔池及焊缝特征提取的实时性和可靠性,致使基于视觉的CO₂焊焊缝跟踪技术的应用和发展受到了严重制约。鉴于熔池附近区域弧光照射强度变化情况复杂,加之目前的光强度检测仪器反应速度处于秒级,难以描述焊接过程中电弧光随着电流电压的瞬时变化过程,本文建立了图像灰度值与电弧光照射强度的对应关系模型,以此为桥梁,从图像灰度值反映光照强度的角度,对CO₂焊接熔池附近区域不同波段范围照度变化规律开展了研究。首先,用正交试验法对曝光量、窄带滤光片中心波长、焊接电流进行了优化;在正交试验的基础上固定两因素增加试验单独研究了另一因素对熔池附近区域图像灰暗程度的影响规律;然后从理论出发对不同CCD相机、不同焊接母材类型对熔池附近区域图像灰暗程度的影响规律进行了阐释并得出优选结果。保证了后续研究的可靠性、高效性。其次,建立了图像灰度值与瞬时电压的数值关系并给出了误差检验,揭示了一个完整的焊接周期内照度随时间变化的规律。再次,先进行了相机系统的距离标定,然后建立了不同窄带滤光片中心波长下图像灰度值与距离的数值关系,揭示了此条件下熔池附近区域照度的分布规律。最后综合时间和空间尺度,建立了550nm中心波长下图像灰度值随瞬时电流和距离同时变化的二维模型,并以此为基础型,通过乘以k系数的方式得出了各波段下图像灰度值随瞬时电流和距离同时变化的二维模型,此模型全面的揭示了CO₂焊接熔池附近区域不同波段范围照度变化的本质规律,提高了此条件下熔池及焊缝特征提取的可靠性和高效性。本研究将为基于视觉的CO₂焊焊缝自动跟踪技术的应用奠定重要的试验及理论和应用基础。