微间隙焊缝磁光成像机理与位置识别研究

发布时间：2018-06-12 21:14

本文选题：激光焊接 + 磁荷理论　；参考：《广东工业大学》2016年博士论文

【摘要】：激光焊接自20世纪80年代中期以来,由于激光焊接具有众多优异的特性,逐渐被广泛应用于汽车工业、制造业、粉末冶金、电子工业和生物医学等众多的不同领域中。目前用于激光焊接焊缝的检测方法,主要以结构光检测技术为主,但该检测方法仅能检测开坡口或较宽间隙的焊缝,无法检测小间隙甚至是零间隙的焊缝,微间隙焊缝在可见光谱范围内难以获取其位置信息,而激光焊接的焊件最好为紧密对接,因此目前的焊缝检测手段不符合激光焊接的应用要求。针对激光焊接这一技术要求,本论文从以下几方面研究探讨应用磁光传感器技术检测跟踪激光焊接焊缝的机理及其焊缝跟踪应用：(1)在分析现今激光焊接特点及应用现况和国内外磁光传感器应用现况的基础上,研究了磁光的基础理论,构建出磁光检测微间隙焊缝装置,并用于微间隙直线焊缝检测和三角形焊缝检测,获得对应的磁光图像,从而得到介于彩色明亮区域和黑暗区域之间的过渡区域为实际的焊缝对应磁光图像区域,为深入研究磁光焊缝成像机理及应用打下试验基础；(2)借助光学理论和法拉第磁致旋光效应理论,研究了磁光传感器成像的机理是当由高亮度发光二极管发出的光经起偏器起偏后转化为线偏振光,该偏振光通过磁光介质时,在外界磁场的作用下产生磁致旋光效应,偏振光的旋转角发生偏转,确定如果把传感器的起偏器的起偏角和检偏器的检偏角调成45°角的时候,外加磁场的磁感应强度变动时,通过磁光传感器即可形成与磁感应强度成线性关系的磁光对应图像,利用该原理即可检测出焊缝处的漏磁场。(3)利用磁荷理论建立了微间隙焊缝漏磁场分布模型,该模型的可靠性通过利用磁光传感器采样焊缝表面的垂直磁感应强度分布进而形成磁光图像获得验证。通过分析,发现保持焊缝宽度不变,当磁光传感器的提离距离减少时,磁光焊缝过渡带的宽度变窄；当磁光传感器的提离距离变大时,磁光焊缝过渡带变宽。保持提离度不变,当微间隙焊缝的宽度变宽时,磁光焊缝过渡带变窄,当微间隙焊缝的宽度变窄时,磁光焊缝过渡带变宽。(4)为进一步论证利用磁荷理论建立微间隙焊缝漏磁场分布模型的可靠性,利用有限元的方法重建测试焊缝漏磁场模型,并利用ANSYS仿真软件进行仿真分析,确定磁荷理论分析焊缝近表面磁场分布的有效性及本文利用磁光传感器测试焊缝漏磁场试验装置的有效性；(5)对磁光传感器所获得的数字图像,利用数字图像处理算法,获得了焊缝边缘,通过焊缝边缘确定磁光焊缝过渡带中心。得出了焊缝磁光图像形成的机理是由于不同极性的焊缝磁场对磁光传感器中偏振光产生不同的旋转方向形成的结论,确定磁光灰度图的灰度值大小跟磁场强度成正比关系,并确定了其大小对应关系。磁光焊缝图过渡带的中心为实际的焊缝中心。(6)在利用磁光传感器检测跟踪焊缝方面,做了以下研究：利用磁光成像方法能够有效测量微间隙焊缝,当焊缝发生偏差时,测量焊缝的测量值可以代表实际偏差值,可以利用该偏差值进行焊缝跟踪检测,磁光成像测量焊缝偏差具有较高的测量精度,同时对焊缝偏差进行回归分析,发现利用回归算法,焊缝偏差检测的精度比直接检测更高。建立了基于卡尔曼滤波算法的检测跟踪焊缝模型,获得了比直接测量更高的跟踪精度,说明能利用卡尔曼滤波方法对微间隙焊缝进行更精确的跟踪测量。
[Abstract]:Laser welding has been widely used in many different fields , such as automobile industry , manufacturing industry , powder metallurgy , electronics industry and biomedicine .
( 2 ) By using the theory of optical theory and Faraday magneto - optical effect theory , the mechanism of magnetic optical sensor imaging is studied .
When the width of the micro - gap welding seam becomes wider , the transition band of the magneto - optical welding seam becomes narrow , and the magnetic - optical weld transition band becomes wider when the width of the micro - gap weld seam becomes wider .
( 5 ) The digital image obtained by the magneto - optical sensor is obtained by using the digital image processing algorithm , and the center of the transition zone of the magneto - optical weld seam is determined by the edge of the weld .
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7

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