基于熔池特性评估的激光焊接在线上检测方法与系统研究
发布时间：2021-08-25 03:26
在工业化生产中,焊接作为大型复杂设备零部件的重要连接方法,焊接结构强度对工业生产安全具有重要意义。激光焊接过程存在复杂的物理信息,其中熔池的动态特性直接影响焊缝成形过程,也决定了焊接过程的稳定性和焊接质量的优劣。若能通过成像手段检测熔池特征来判断焊接缺陷的产生对实现焊接质量的实时评估和状态信息反馈具有重要意义。因此,本课题基于图像技术进行熔池特性评估,研究焊接工艺参数与焊接缺陷、熔池特征的关系,实时在线监测熔池状态,进而预测焊缝质量,为优化焊接工艺以及提高焊接质量提供理论依据。具体的研究内容如下:（1）研究了熔池特征量对熔池动态行为的影响规律。基于搭建的熔池特性评估视觉检测系统对熔池动态行为实时在线监测,采用双边滤波、Otsu阈值分割和形态学处理等预处理算法及Canny边缘检测算法提取熔池的长度、宽度、面积、后拖尾角等特征参数。研究不同焊接工艺参数下熔池特征量的变化规律。结果表明,随着焊接功率的增加和焊接速度的减小,熔池宽度、长宽、面积近似线性增大,熔池后拖尾角减小,熔池运动更剧烈,流动形式从层流向涡流转变,凝固时间变长。熔池长宽比和面积越大、拖尾角越小,熔池运动越剧烈,更趋于涡流运动...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同焊接功率下熔池轮廓图
江苏大学硕士学位论文3熔池流体流动行为，发现焊接过程中匙孔和熔池呈准稳态，且熔池内有生成的气泡。（a）正面熔池动态行为；（b）纵向动态行为(a)Flowbehaviorofmoltenpool;(b)Flowbehaviorofmoltenpoollongitudinal图1.2激光焊接熔池动态行为Figure1.2DynamicbehaviorofthemoltenpoolinthelaserweldingAkiraMatsunawa等[20]用高速相机观察焊接过程中匙孔状态和熔池动态行为。研究发现，在稳态焊接中匙孔仍在不断的变化，熔池液态金属在匙孔的影响下进行快速的圆周运动。由此可知，在激光焊接过程中，匙孔和熔池都进行不稳定运动，这是导致焊缝出现各种缺陷的内因。Kovacevic等[21]在激光器辅助照明下用高速相机观察GTAW熔池，发现熔池长度和后拖尾角中包含着熔透信息，采用神经网络模型建立熔池尺寸特征与熔宽间的关系。德国莱布尼兹等离子体科学技术研究所[22]和日本大阪大学[23]分别使用8台CCD和4台高速相机同步检测MIG焊和药芯焊丝堆焊过程中熔滴过渡、电弧形态及熔池凝固过程行为。国内虽然起步较晚，但对激光焊接过程中熔池也开展了一系列的研究。清华大学的孔文德[25]设计CO2焊短路状态下的熔池图像视觉传感系统，能清晰的观察到焊丝、熔池、熔渣、焊丝短路点等特征，如图1.3所示，利用图像处理技术提取熔池长度、宽度、面积和轮廓曲线等特征参数，建立焊接参数和熔池几何特征参数间的映射关系，有效控制CO2焊缝成形的质量。图1.3CO2焊熔池图像Figure1.3MoltenpoolimageoftheCO2laserwelding哈尔滨工业大学的张勇[26]设计了基于二级反射光路的视觉传感系统从焊枪后方获取熔池正面图像，分析的熔池图像特征如图1.4所示。设计图像处理算法
江苏大学硕士学位论文3熔池流体流动行为，发现焊接过程中匙孔和熔池呈准稳态，且熔池内有生成的气泡。（a）正面熔池动态行为；（b）纵向动态行为(a)Flowbehaviorofmoltenpool;(b)Flowbehaviorofmoltenpoollongitudinal图1.2激光焊接熔池动态行为Figure1.2DynamicbehaviorofthemoltenpoolinthelaserweldingAkiraMatsunawa等[20]用高速相机观察焊接过程中匙孔状态和熔池动态行为。研究发现，在稳态焊接中匙孔仍在不断的变化，熔池液态金属在匙孔的影响下进行快速的圆周运动。由此可知，在激光焊接过程中，匙孔和熔池都进行不稳定运动，这是导致焊缝出现各种缺陷的内因。Kovacevic等[21]在激光器辅助照明下用高速相机观察GTAW熔池，发现熔池长度和后拖尾角中包含着熔透信息，采用神经网络模型建立熔池尺寸特征与熔宽间的关系。德国莱布尼兹等离子体科学技术研究所[22]和日本大阪大学[23]分别使用8台CCD和4台高速相机同步检测MIG焊和药芯焊丝堆焊过程中熔滴过渡、电弧形态及熔池凝固过程行为。国内虽然起步较晚，但对激光焊接过程中熔池也开展了一系列的研究。清华大学的孔文德[25]设计CO2焊短路状态下的熔池图像视觉传感系统，能清晰的观察到焊丝、熔池、熔渣、焊丝短路点等特征，如图1.3所示，利用图像处理技术提取熔池长度、宽度、面积和轮廓曲线等特征参数，建立焊接参数和熔池几何特征参数间的映射关系，有效控制CO2焊缝成形的质量。图1.3CO2焊熔池图像Figure1.3MoltenpoolimageoftheCO2laserwelding哈尔滨工业大学的张勇[26]设计了基于二级反射光路的视觉传感系统从焊枪后方获取熔池正面图像，分析的熔池图像特征如图1.4所示。设计图像处理算法
本文编号：3361296
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同焊接功率下熔池轮廓图
江苏大学硕士学位论文3熔池流体流动行为，发现焊接过程中匙孔和熔池呈准稳态，且熔池内有生成的气泡。（a）正面熔池动态行为；（b）纵向动态行为(a)Flowbehaviorofmoltenpool;(b)Flowbehaviorofmoltenpoollongitudinal图1.2激光焊接熔池动态行为Figure1.2DynamicbehaviorofthemoltenpoolinthelaserweldingAkiraMatsunawa等[20]用高速相机观察焊接过程中匙孔状态和熔池动态行为。研究发现，在稳态焊接中匙孔仍在不断的变化，熔池液态金属在匙孔的影响下进行快速的圆周运动。由此可知，在激光焊接过程中，匙孔和熔池都进行不稳定运动，这是导致焊缝出现各种缺陷的内因。Kovacevic等[21]在激光器辅助照明下用高速相机观察GTAW熔池，发现熔池长度和后拖尾角中包含着熔透信息，采用神经网络模型建立熔池尺寸特征与熔宽间的关系。德国莱布尼兹等离子体科学技术研究所[22]和日本大阪大学[23]分别使用8台CCD和4台高速相机同步检测MIG焊和药芯焊丝堆焊过程中熔滴过渡、电弧形态及熔池凝固过程行为。国内虽然起步较晚，但对激光焊接过程中熔池也开展了一系列的研究。清华大学的孔文德[25]设计CO2焊短路状态下的熔池图像视觉传感系统，能清晰的观察到焊丝、熔池、熔渣、焊丝短路点等特征，如图1.3所示，利用图像处理技术提取熔池长度、宽度、面积和轮廓曲线等特征参数，建立焊接参数和熔池几何特征参数间的映射关系，有效控制CO2焊缝成形的质量。图1.3CO2焊熔池图像Figure1.3MoltenpoolimageoftheCO2laserwelding哈尔滨工业大学的张勇[26]设计了基于二级反射光路的视觉传感系统从焊枪后方获取熔池正面图像，分析的熔池图像特征如图1.4所示。设计图像处理算法
江苏大学硕士学位论文3熔池流体流动行为，发现焊接过程中匙孔和熔池呈准稳态，且熔池内有生成的气泡。（a）正面熔池动态行为；（b）纵向动态行为(a)Flowbehaviorofmoltenpool;(b)Flowbehaviorofmoltenpoollongitudinal图1.2激光焊接熔池动态行为Figure1.2DynamicbehaviorofthemoltenpoolinthelaserweldingAkiraMatsunawa等[20]用高速相机观察焊接过程中匙孔状态和熔池动态行为。研究发现，在稳态焊接中匙孔仍在不断的变化，熔池液态金属在匙孔的影响下进行快速的圆周运动。由此可知，在激光焊接过程中，匙孔和熔池都进行不稳定运动，这是导致焊缝出现各种缺陷的内因。Kovacevic等[21]在激光器辅助照明下用高速相机观察GTAW熔池，发现熔池长度和后拖尾角中包含着熔透信息，采用神经网络模型建立熔池尺寸特征与熔宽间的关系。德国莱布尼兹等离子体科学技术研究所[22]和日本大阪大学[23]分别使用8台CCD和4台高速相机同步检测MIG焊和药芯焊丝堆焊过程中熔滴过渡、电弧形态及熔池凝固过程行为。国内虽然起步较晚，但对激光焊接过程中熔池也开展了一系列的研究。清华大学的孔文德[25]设计CO2焊短路状态下的熔池图像视觉传感系统，能清晰的观察到焊丝、熔池、熔渣、焊丝短路点等特征，如图1.3所示，利用图像处理技术提取熔池长度、宽度、面积和轮廓曲线等特征参数，建立焊接参数和熔池几何特征参数间的映射关系，有效控制CO2焊缝成形的质量。图1.3CO2焊熔池图像Figure1.3MoltenpoolimageoftheCO2laserwelding哈尔滨工业大学的张勇[26]设计了基于二级反射光路的视觉传感系统从焊枪后方获取熔池正面图像，分析的熔池图像特征如图1.4所示。设计图像处理算法
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