管道焊接熔池图像处理与特征提取

提出了一种管道焊接熔池成像系统,能够有效克服弧光干扰,获取焊接熔池在焊缝坡口内图像.采用基于统计的鲁棒图像处理方法,对熔池图像进行预处理,抑制飞溅等噪声.在图像自适应分割和边缘提取基础上,根据熔池图像和焊缝坡口图形特点,分别提取熔池图像在焊缝内的灰度分布特征以及焊缝坡口图形特征,得到熔池相对焊缝坡口的动态偏移量,以及熔池振动幅度和频率,为焊缝跟踪和焊接质量控制提供了视觉信息反馈.进行了焊接过程实时图像处理和特征提取试验,试验结果验证了熔池成像系统和图像处理方法的有效性和可靠性.     

大功率光纤激光焊接熔池特征提取技术研究

本文针对大功率光纤激光焊接不锈钢板紧密对接焊缝,建立了一个熔池动态信息的近红外图像检测系统,用于焊接熔池视觉信息的采集。应用可见光波和红外光波段滤光组合技术解决了焊接过程中飞溅、等离子体和红外辐射的干扰,在近红外高速摄像机获取清晰的熔池区域图像的基础上,研究了大功率光纤激光焊接熔池图像特征的提取方法,为焊缝跟踪和焊接质量控制提供可靠的视觉信息检测。     

基于视觉注意机制的机器人厚板焊接焊缝轮廓的识别

设计了一种视觉传感器同时采集熔池和焊缝轮廓, 并提出一种基于视觉注意机制的机器人厚板焊接焊缝轮廓的提取方法. 该方法以图像的亮度信息和方向信息作为初级视觉特征,并以焊缝图像作为亮度特征图,把对焊缝图像进行膨胀处理再进行Gabor滤波的结果作为方向特征图. 对上述两种特征图进行显著性度量,然后对度量结果进行自适应特征融合获取综合显著图,并对其进行阈值分割和最近邻聚类. 结果表明,最后在所有类别中以成员数最多的类所覆盖的区域作为最先被注意的区域,而其包含的数据即为焊缝轮廓信息.     

基于视觉处理的焊缝质量检测与控制系统

采用视觉处理方法是实现焊接质量检测与控制的重要途径之一,而视觉处理算法是其可靠、准确应用的关键环节.采用CCD传感器直接摄像法获取焊接熔池的图像,利用数学形态学的图像处理方法,建立统一的非线性处理算法,对熔池图像进行预处理和特征提取,获取熔池边缘信息并确定焊缝中心和熔宽、熔高等信息,将这些信息与模糊逻辑相融合,实现高性能的跟踪和焊接质量PID模糊闭环控制.试验结果表明,基于视觉处理的焊接质量检测与控制系统具有良好的稳定性和准确性.     

焊接熔池图像视觉传感技术的研究现状及发展趋势

分析了焊接熔池图像视觉传感技术的研究现状,包括熔池视觉传感系统的建立、熔池图像的特征参数定义和获取方法以及熔池图像处理方法等,提出了视觉传感技术在焊接熔池检测中存在的不足和未来的发展趋势。     

熔池图像质心算法的焊缝位置测量模型

建立了一种基于熔池图像质心的焊缝位置测量模型,通过视觉传感器获取焊接区熔池图像,选择熔池前端为处理区域,对该区域进行中值滤波与图像灰度变换,并计算该区域的熔池图像质心值及相对应的焊缝偏差.在不同的焊接条件下,获取多组熔池图像及对应的样本数据,应用最小二乘法建立熔池图像质心与焊缝偏差之间的关系,得到基于熔池图像质心的焊缝位置测量数学表达式.在此基础上,通过分析比较各数学表达式之间的关系,建立焊缝位置测量数学模型.计算机仿真及焊接工艺试验结果表明,该模型可有效地检测焊缝位置.     

基于被动视觉的焊缝错边研究

在弧焊机器人焊接过程中能实时、准确、自动地检测焊缝错边是高质量自动焊接的基础。针对熔化极气体保护焊熔池图像特征,提出了一种实时的焊缝错边检测方法。首先,搭建了基于工业相机的单目被动视觉熔池图像采集系统,系统包括复合滤光系统、相机外触发系统、图像采集软件,采集到清晰的熔池图像;其次,提出利用图像平均灰度值判断弧光对熔池图像的干扰程度;再次,采用最大类间﹑类内方差比法提取出熔池轮廓;最后,根据熔池轮廓特征定义了反映焊接错边信息的特征参数Z/C与β/γ。参考焊接工艺规程(JB/T 9186-1999)设计了焊接试验。结果表明,熔池轮廓提取算法合理,熔池轮廓特征参数能反映焊接错边,能为基于视觉的焊接错边在线监测提供技术支持。     

焊接理论/一般问题

建立了一种基于熔池图像质心的焊缝位置测量模型，通过视觉传感器获取焊接区熔池图像，选择熔池前端为处理区域，对该区域进行中值滤波与图像灰度变换，并计算该区域的熔池图像质心值及相对应的焊缝偏差。在不同的焊接条件下，[第一段]     

基于视觉注意的V形焊接区域清晰图像获取

焊接过程中焊接区域亮度范围大,而且随机变化,导致采集的焊缝区域图像干扰大,特征难以提取.文中利用激光条纹良好的方向特性,以及图像中结构光与熔池的亮度特征,提出一种基于视觉注意的焊接区域清晰图像获取方法.针对采集的焊缝区域图像,首先获取在不同检测方向下结构光条纹的单方向特征图,再进行加权融合得到多方向特征图.其次,利用高通巴特沃斯滤波器对原始图像加强,获取亮度特征图.接着提出一种改进的显著性度量方法实现了显著性区域与复杂背景图像区域的较好分割.最后,通过图像融合归一化得出结构光与熔池的清晰图像,并采用聚类中心距离客观评价了图像显著性检测效果.结果表明,试验结果显示提出的方法是有效的.     

基于结构光的水下焊接熔池宽度在线检测

直接拍摄水下焊接熔池图像来检测焊接熔池宽度实现难度较大,提出了一种通过成形焊缝结构光条纹图像来完成水下焊接熔池宽度在线检测的方法.将装有防水罩的激光结构光视觉传感器安装在焊枪之后置于水下,针对水下成形焊缝图像特点,经图像加窗、拉普拉斯锐化、二值化以及数学形态学滤波和图像细化处理,就能够在线获得焊接熔池宽度.结果表明,处理过程速度快,检测结果精度高.当条纹检测点和熔池中心之间的距离小于35 mm时,焊接熔池宽度相对误差可控制在3%以内.     

脉冲熔化极气体保护焊熔池的视觉传感与实时控制

研究对脉冲熔化极气体保护焊（GMAW）熔池过程采用视觉传感与实时控制方法的可行性问题。由于GMAW过程的熔滴过渡现象的复杂性，尝试模拟焊工通过观察熔池变化等因素来调整焊接参数获取满意的焊缝成形的行为。建立了脉冲GMAW过程熔池视觉传感系统，宏观上将熔滴过渡对熔池特征的影响作为黑箱过程处理，根据脉冲GMAW弧光光谱分布和熔池图像特征提取，实现对脉冲GMAW熔池动态过程的实时检测。采用辨识算法建立焊接动态过程的数学模型，进而设计脉冲GMAW熔宽的PID控制器，实现对脉冲GMAW熔池宽度的实时控制。试验表明，建立的视觉传感系统、图像处理算法以及控制器设计检测与控制熔池变化在一定程度上的能够满足脉冲GMAW焊缝宽度的实时性与精度要求。     

基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别

熔透是焊接质量的重要评价指标之一,铝合金对焊接工艺敏感性较高,容易出现熔透不均匀情况.试验利用近红外视觉传感方法获取了铝合金单面焊双面成形焊接过程中未熔透、熔透和过熔透三种情况下的清晰熔池图像,通过图像处理获得了准确的熔池轮廓,定义并提取了熔宽、半长、面积、周长和抛物线系数等能反映熔透状态的熔池特征参数,建立了基于BP神经网络的铝合金双丝焊熔透识别模型.结果表明,5-13-3结构的BP神经网络对熔透状态识别的正确率最高,达到89.05%.     

基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测

基于视觉传感的方法,获得了钛合金电子束焊熔池图像．采用二值形态学图像处理算法对熔池图像进行了处理,得到了熔池的边缘,并在此基础上利用自己开发的一套熔宽提取程序实现了熔宽的准确提取．找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,当熔宽波动较大时,表面成形较差,而当熔宽波动较小时,表面成形较好．经过分析,提出用变异系数C...     

Vision-based detection of weld pool width in TIG welding of copper-clad aluminum cable

In order to realize automatic control of the width of weld pool, a visual sensor system for the width of weld pool detection is developed. By initiative arc light, the image of copper plate weld pool is taken back of the torch through the process of weakening and filtering arc light. In order to decrease the time of processing video signals, analog circuit is applied in the processing where video signals is magnified, trimmed and processed into binary on the datum of dynamic average value, therefore the waveform of video signals of weld pool is obtained. The method that is used for detecting the width of weld pool is established. Results show that the vision sensing method for real-time detecting weld pool width to copper-clad aluminum wire TIG welding is feasible. The response cycle of this system is no more than 50 ms, and the testing precision is less than 0. 1 mm.     

焊接缺陷识别中的多模态注意力方法

提出了一种多模态焊接缺陷识别方法，构建了包含3个分支的卷积神经网络,以分别对焊接熔池图片、电弧声、焊接电流和电弧电压进行处理。并在图像分支网络中加入了通道注意力模块和空间注意力模块，以聚焦焊接熔池图片的重要区域。为了验证文中模型的稳定性和可靠性，在自构建的包含10种焊接缺陷的数据集上进行了试验。试验结果表明，双通道注意力机制嵌入到卷积神经网络的浅层效果优于深层。同时，相比于不加注意力机制，双通道注意力机制识别结果的F值得到了明显的提升，为焊接实时分类识别提供参考，有助于焊接质量评定。 创新点： (1)提出了多模态卷积神经网络自动提取焊接熔池图像、焊接电流、电弧电压、电弧声的显著特征。 (2)在图像网络分支加入了注意力机制，帮助模型捕获缺陷显著区域，并验证了在卷积浅层引入注意力效果优于深层。     

基于视觉的焊接缺陷熔池图像特征探讨

针对MAG焊电弧光谱特点,采用被动式视觉传感方法,利用CCD摄像机配合近红外复合滤光系统消除弧光干扰,获取MAG焊熔池图像.从MAG焊焊接缺陷产生的机理及熔池流态出发,采用同步对比试验,研究了熔池图像特征与焊接缺陷的映射关系,提取出表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷所对应的熔池图像特征.结果表明,一种焊接缺陷往往有多种视觉图像特征,通过熔池图像特征判断表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷具有良好可行性,为基于视觉的焊接缺陷自动在线预测提供了技术依据.     

铝合金焊接图像焊缝位置和间隙提取

基于自行设计的CCD被动视觉传感系统,在仅依靠电弧光照明的情况下,实现了钨极氩弧焊过程中实时提取清晰的熔池正前方图像.通过分析退化恢复、平滑后的图像间隙处灰度值特点,采取了特定区域自动域值分割、空穴检出法统计各8-连通域面积、基于8-领域面积阈值去噪、面积统计转换等步骤可以求得间隙值,进一步进行间隙细化,最后采用Hough小变换对细化后的间隙点进行拟合,检测出焊缝位置.     

Visual sensing and morphological image processing of weld pool in laser spot welding

A visual sensing system was established to monitor the weld pool in laser spot welding.The top-hat and bottom-hat transformation algorithms based on mathematical morphology were used to compensate for non-uniform contrast of weld pool edge.Moreover,the canny edge detector was applied to extract the weld pool profile.The edge detected results show that the morphological operation is obviously superior to the traditional contrast enhancement method.In addition,the combination of dilation and erosion was applied to eliminate the irrelevant edge details,and the smooth weld pool edge was acquired.Based on the image processing technology described above,the dynamic process of weld pool diameter during laser spot welding was obtained.     

脉冲GTAW熔池动态过程的辨识模型

焊接熔池动态变化过程是一个具有强非线性、多变量耦合作用以及大量随机不确定性因素的高度复杂过程,因此很难得到溶池动态特征的解析数学模型,使得焊接熔池的动态过程建模成为焊接界和控制界的一大难题,也是实现焊接自动化的本质困难。为了对脉冲GTAW（气体保护钨极氩弧焊）熔池动态过程特性有一个基本受控制性能的认识以实现对脉冲GTAW熔池变化过程的有效控制。本从经典控制系统设计的角度考察脉冲GTAW熔池动态特性,利用试验数据采用系统辨识的方法求取其熔池特征动态性能的数学描述,获得了脉冲GTAW熔池动态过程中分别以脉冲峰值时间和焊接速度为输入,以背面熔宽为输出的两个单出（SISO）过程的传递数模型,并对模型进行了检验。所建模型有助于研究脉冲GTAW熔池动态过程的受控性能,对改善其控制系统设计具有参考价值和指导作用。     

基于焊工调节的铝合金脉冲MIG焊背面熔透建模

针对铝合金薄板脉冲MIG焊背面熔透难题,提出一种基于焊工调节的背面熔透建模与控制方法.设计焊接速度随机变化波形,致使铝合金背面熔池尺寸动态波动,采用被动视觉系统实时采集背面熔池图像,焊工观察图像熔池大小,手工调节焊接电流保证背面熔宽的均匀性,同时开发图像处理算法提取背面熔宽.采用最小二乘系统辨识法建立焊工调节电流与背面熔宽的非线性Hammerstein模型.开展了铝合金脉冲MIG焊电流扰动和焊接速度扰动试验.结果表明,基于焊工调节的非线性Hammerstein模型可以有效地控制背面熔宽,且具有良好的抗干扰能力.