基于多波段视觉和瞬态光谱的熔焊成形过程形态与稳定性监测
发布时间：2023-04-30 01:54
焊接过程智能传感与控制是近年来焊接领域中一个重要的研究方向。传统的人工与线下质量监管均难以保障日益增长的制造量和复杂多变的工艺需求,因此在线质量测评是焊接领域中重要且迫切的研究内容之一,在线获取并分析焊接过程中的多元化信息,可为焊接制造过程提供实时质量评价数据和工艺控制导向,从而实现焊接过程质量监管控制智能化。熔池视觉成像能描述金属熔化、流动、凝固成形等过程的稳定性;电弧光谱辐特性直接反应了电弧的稳定性,能进一步辅助判断焊接成形质量。本文主要研究内容正是基于熔池视觉成像与电弧光谱分析两个方面,主要研究内容和创新点如下:(1)基于光谱的熔池最优成像波段选择方法。针对现有熔池成像波段选择不统一、缺乏理论指导,提出了基于光谱的熔池最优成像波段选择方法。该方法通过测量电弧光谱分布与熔池自身辐射谱,从而选择出最优成像波段,同时设计基于电参数选通的FPGA触发方案,拍摄到低电弧干扰的熔池图像。在此基础上首次提出熔池多波段图像融合方法,设计共光轴多波段熔池成像系统,研究了基于非降采样小波变换的灰度融合算法与基于改进的Reinhard彩色融合算法。灰度融合后的图像细节丰富、纹理清晰;彩色融合后的图像对...
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 熔池视觉成像发展现状
1.2.1 主动视觉成像法
1.2.2 被动视觉成像法
1.3 电弧光谱诊断发展现状
1.4 高灵敏光谱数据采集发展现状
1.4.1 成像光谱仪发展历程
1.4.2 Hadamard变换光谱仪
1.5 熔池多维数据分析算法发展现状
1.5.1 熔池视觉与电弧光谱计算
1.5.2 多维数据分析算法
1.6 论文主要研究内容
2 高信噪比熔池图像获取
2.1 熔池成像过程机理与影响因素
2.1.1 熔池热辐射特性
2.1.2 熔池成像过程机理
2.1.3 熔池成像影响因素
2.1.4 相机对熔池自身辐射的响应
2.2 基于焊接电流的熔池图像触发采集优化方法
2.3 熔池成像系统设计与实验结果
2.3.1 熔池成像系统设计
2.3.2 不锈钢熔池成像结果
2.3.3 铝合金熔池成像结果
2.4 共光轴多波段熔池图像融合系统设计与实验结果
2.4.1 共光轴多波段熔池图像融合系统设计
2.4.2 基于非降采样小波变换的熔池图像融合算法
2.4.3 基于改进的Reinhard彩色融合算法
2.4.4 灰度融合实验结果
2.4.5 彩色融合实验结果
2.5 本章小结
3 高灵敏度、高信噪比瞬态光谱测量
3.1 基于多通道测量技术的光谱仪
3.1.1 Hadamard光谱测量理论
3.1.2 基于分类的Hadamard光谱测量降噪性能研究
3.2 基于亚Hadamard矩阵的瞬态光谱仪设计与实验结果
3.2.1 瞬态HTS系统设计
3.2.2 瞬态HTS信噪比分析
3.3 基于瞬态HTS的电弧光谱研究
3.4 本章小节
4 基于视觉随机子空间的在线熔池形态缺陷监测
4.1 基于双波段成像的熔池在线轮廓提取和焊缝宽度预测
4.1.1 双波段熔池成像系统设计
4.1.2 基于梯度和灰度的超像素合并策略优化的熔池轮廓提取
4.1.3 在线焊缝宽度预测
4.2 基于概率分布半监督随机子空间稀疏表示的熔池形态监测
4.2.1 半监督随机子空间分类技术研究
4.2.2 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示分类
4.2.3 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示数据集测试
4.2.4 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示性能研究
4.2.5 焊接参数扰动在线监测结果实验结果与分析
4.3 基于半监督多随机子空间稀疏表示的熔池形态监测
4.3.1 半监督多随机子空间稀疏表示
4.3.2 半监督多随机子空间稀疏表示求解过程
4.3.3 半监督多随机子空间稀疏表示数据集测试
4.3.4 半监督多随机子空间稀疏表示性能研究
4.3.5 焊接参数扰动在线监测实验结果与分析
4.4 本章小结
5 基于光谱稀疏表示的在线电弧稳定性监测
5.1 基于离散稀疏流形正则化的电弧光谱稳定性监测
5.1.1 离散稀疏流形正则化
5.1.2 离散稀疏流形正则化数据集测试
5.1.3 离散稀疏流形正则化性能研究
5.2 保护气流量在线监测实验
5.2.1 冷金属过渡复合脉冲焊接实验结果与分析
5.2.2 等离子弧焊实验结果与分析
5.2.3 钨极氩弧焊实验结果与分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文主要工作
6.2 创新点
6.3 不足与展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3806178
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 熔池视觉成像发展现状
1.2.1 主动视觉成像法
1.2.2 被动视觉成像法
1.3 电弧光谱诊断发展现状
1.4 高灵敏光谱数据采集发展现状
1.4.1 成像光谱仪发展历程
1.4.2 Hadamard变换光谱仪
1.5 熔池多维数据分析算法发展现状
1.5.1 熔池视觉与电弧光谱计算
1.5.2 多维数据分析算法
1.6 论文主要研究内容
2 高信噪比熔池图像获取
2.1 熔池成像过程机理与影响因素
2.1.1 熔池热辐射特性
2.1.2 熔池成像过程机理
2.1.3 熔池成像影响因素
2.1.4 相机对熔池自身辐射的响应
2.2 基于焊接电流的熔池图像触发采集优化方法
2.3 熔池成像系统设计与实验结果
2.3.1 熔池成像系统设计
2.3.2 不锈钢熔池成像结果
2.3.3 铝合金熔池成像结果
2.4 共光轴多波段熔池图像融合系统设计与实验结果
2.4.1 共光轴多波段熔池图像融合系统设计
2.4.2 基于非降采样小波变换的熔池图像融合算法
2.4.3 基于改进的Reinhard彩色融合算法
2.4.4 灰度融合实验结果
2.4.5 彩色融合实验结果
2.5 本章小结
3 高灵敏度、高信噪比瞬态光谱测量
3.1 基于多通道测量技术的光谱仪
3.1.1 Hadamard光谱测量理论
3.1.2 基于分类的Hadamard光谱测量降噪性能研究
3.2 基于亚Hadamard矩阵的瞬态光谱仪设计与实验结果
3.2.1 瞬态HTS系统设计
3.2.2 瞬态HTS信噪比分析
3.3 基于瞬态HTS的电弧光谱研究
3.4 本章小节
4 基于视觉随机子空间的在线熔池形态缺陷监测
4.1 基于双波段成像的熔池在线轮廓提取和焊缝宽度预测
4.1.1 双波段熔池成像系统设计
4.1.2 基于梯度和灰度的超像素合并策略优化的熔池轮廓提取
4.1.3 在线焊缝宽度预测
4.2 基于概率分布半监督随机子空间稀疏表示的熔池形态监测
4.2.1 半监督随机子空间分类技术研究
4.2.2 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示分类
4.2.3 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示数据集测试
4.2.4 基于概率分布的半监督随机子空间稀疏表示性能研究
4.2.5 焊接参数扰动在线监测结果实验结果与分析
4.3 基于半监督多随机子空间稀疏表示的熔池形态监测
4.3.1 半监督多随机子空间稀疏表示
4.3.2 半监督多随机子空间稀疏表示求解过程
4.3.3 半监督多随机子空间稀疏表示数据集测试
4.3.4 半监督多随机子空间稀疏表示性能研究
4.3.5 焊接参数扰动在线监测实验结果与分析
4.4 本章小结
5 基于光谱稀疏表示的在线电弧稳定性监测
5.1 基于离散稀疏流形正则化的电弧光谱稳定性监测
5.1.1 离散稀疏流形正则化
5.1.2 离散稀疏流形正则化数据集测试
5.1.3 离散稀疏流形正则化性能研究
5.2 保护气流量在线监测实验
5.2.1 冷金属过渡复合脉冲焊接实验结果与分析
5.2.2 等离子弧焊实验结果与分析
5.2.3 钨极氩弧焊实验结果与分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文主要工作
6.2 创新点
6.3 不足与展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3806178
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