基于激光视觉的GTAW熔池振荡行为解析

发布时间：2021-03-09 01:49

　　熔池振荡作为一种常见的熔池表面波动现象,其振荡行为中承载了丰富的熔池特征信息。可靠检测并提取熔池表面振荡特征信号对深入理解电弧熔池耦合作用、焊缝熔透状态、熔池液态金属表面张力等焊接基础理论问题具有十分重要的意义。然而,由于实际在GTAW焊接过程中,熔池表面振荡幅度非常微弱,想要准确获取熔池表面振荡特征信息十分困难。针对传统熔池振荡法（弧压法和弧光法）信噪比低、鲁棒性差、无法表征熔池表面三维振荡信息的缺点,本文创新性的提出了一种基于激光视觉的GTAW熔池自由表面振荡三维测量方法,并利用该方法对GTAW定点及连续焊接过程中的熔池自由表面振荡行为开展了以下几方面的研究工作。针对GTAW熔池自由表面振荡特征及激光视觉法的原理,开发并建立了基于Labview软件平台的脉冲GTAW（P-GTAW）激光视觉熔池振荡三维检测软硬件试验系统。该系统能够实现对焊接过程中反射激光条纹图像信号的实时采集、存储、保存及后续图像处理,同时具有实时输出控制信号和优化激源工艺参数等功能。针对高速CCD摄像机采集的反射激光条纹图像动态变化特征,提出了基于图像亮度值法的熔池振荡特征频率提取算法和基于图像质心法的熔池表面振... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 GTAW熔池信息测量的研究现状
        1.2.1 GTAW熔池一维信息测量的研究现状
        1.2.2 GTAW熔池表面二维及三维信息测量的研究现状
    1.3 GTAW熔池振荡信息测量的研究现状
    1.4 本文研究内容及创新点
        1.4.1 本文研究内容
        1.4.2 本文主要创新点
第2章 GTAW激光视觉熔池振荡检测方法及试验系统
    2.1 GTAW激光视觉熔池振荡检测方法及基本原理
        2.1.1 GTAW熔池振荡的基本原理
        2.1.2 激光视觉熔池振荡检测方法及原理
    2.2 激光视觉GTAW熔池振荡试验系统
        2.2.1 视觉传感硬件系统
        2.2.2 焊接硬件系统
        2.2.3 Labview软件系统
    2.3 本章小结
第3章 GTAW熔池振荡特征信号提取算法研究
    3.1 五线模板反射激光条纹动态变化过程分析与特征频率提取算法的提出
        3.1.1 裁剪和滤波
        3.1.2 顶帽变换和二值化
        3.1.3 窗口标定和频率提取
        3.1.4 算法的鲁棒性分析
    3.2 单线模板反射激光条纹动态变化过程分析与熔池振荡幅度提取算法的提出
        3.2.1 图像预处理
        3.2.2 图像质心提取算法
        3.2.3 质心波动幅度与熔池表面振荡幅度分析
    3.3 本章小结
第4章 GTAW定点焊熔池振荡行为研究
    4.1 试验材料
    4.2 激源对熔池振荡信号的影响
        4.2.1 弧长对振荡信号的影响
        4.2.2 激源参数对振荡信号的影响
    4.3 不同熔透状态下熔池振荡行为研究
        4.3.1 未熔透熔池振荡行为
        4.3.2 全熔透熔池振荡行为
        4.3.3 临界熔透熔池振荡行为
    4.4 熔池自由表面振荡的李萨如图形研究
        4.4.1 李萨如图形的基本理论
        4.4.2 不同熔透状态下李萨如图形的测量和分析
    4.5 步进焊接熔透实时控制研究
        4.5.1 临界熔透控制算法的提出
        4.5.2 步进焊接控制试验
    4.6 未熔透和全熔透熔池振荡解析模型
        4.6.1 未熔透熔池振荡解析模型
        4.6.2 全熔透熔池振荡解析模型
    4.7 本章小结
第5章 GTAW连续焊接熔池振荡行为研究
    5.1 焊接速度对熔池振荡信号传感质量的影响
    5.2 焊接速度对熔池振荡行为的影响
        5.2.1 试验参数
        5.2.2 焊接速度对熔池振荡特征信号的影响
        5.2.3 焊接速度对熔池自由表面振荡模式的影响
        5.2.4 “晃动”模式下振荡频率与熔池尺寸相关性分析
        5.2.5 焊接速度对电弧轴线与熔池几何中心偏移量（35）x的影响
    5.3 不同熔透状态下熔池振荡行为研究
        5.3.1 未熔透熔池振荡行为
        5.3.2 全熔透熔池振荡行为
        5.3.3 临界熔透熔池振荡行为
    5.4 本章小结
第6章 GTAW熔池液态金属表面张力测量及A-TIG熔深增加机理研究
    6.1 激光视觉GTAW熔池液态金属表面张力测量方法的提出
        6.1.1 理论模型和试验系统
    6.2 活性剂对熔池液态金属表面张力的影响及熔深增加机理
        6.2.1 氧化物活性剂对熔池尺寸及表面张力影响
        6.2.2 氟化物活性剂对熔池尺寸及表面张力影响
    6.3 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录B 专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接电弧声信号降噪技术[J]. 刘立君,兰虎,于忠伟,周滨涛.  焊接学报. 2009(12)
[2]不锈钢电弧辅助活性TIG焊[J]. 黄勇,樊丁,林涛,雒焕胜.  焊接学报. 2009(10)
[3]从振动波形研究贝塞尔函数和勒让德函数的渐近关系[J]. 刘峰,唐香莲,朱江.  大学物理. 2009(08)
[4]圆形薄膜自由振动的理论解[J]. 林文静,陈树辉,李森.  振动与冲击. 2009(05)
[5]电弧声与铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡的相关性[J]. 石玗,黄健康,聂晶,樊丁.  焊接学报. 2009(03)
[6]铝合金焊接图像焊缝位置和间隙提取[J]. 樊重建,沈鸿源,林涛,陈善本.  焊接学报. 2008(08)
[7]铝合金钨极氩弧焊熔池被动视觉信息传感[J]. 樊重建,王建军,陈善本.  上海交通大学学报. 2008(01)
[8]SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理[J]. 黄勇,樊丁.  焊接学报. 2008(01)
[9]电弧声信号与铝合金MIG焊缝塌陷的相关性[J]. 石玗,黄健康,樊丁,陈剑虹.  机械工程学报. 2007(10)
[10]基于线形化算法的熔池三维形状提取[J]. 王继锋,王文怡,陈善本.  焊接学报. 2007(08)



本文编号：3072038