基于视觉的MAG焊接熔池的标定

焊接熔池几何尺寸能够在一定程度上反映熔透信息,准确可靠的检测出熔池几何尺寸,对于实现熔透控制具有重要的意义.在MAC(metal active gas)焊中,由于熔敷金属在试件表面堆积,使熔池表面与试件上表面形成一定的倾角,导致基于视觉传感器检测到的熔池长度尺寸出现了误差.文中分析了产生误差的原因,给出了修正误差的方法,并从熔池侧面测量了熔池表面的倾角.根据测量得到的数据,对从熔池正前方检测到的熔池长度尺寸进行了修正,得到了较准确的熔池长度.     

TIG熔敷堆焊快速成形视觉传感系统的研究

对于TIG熔敷堆焊快速成形视觉传感系统进行了一定的研究；通过对TIG熔敷堆焊快速成形的原理的分析．介绍了选择CCD作为TIG熔敷堆焊快速成形视觉传感器的动能；从光学理论得出视觉系统的标定方法；从实验结果来看视觉传感系统所得到的图像能够清晰反映出TIG熔敷堆焊的焊接轨迹。     

基于视觉传感的铝合金TIG焊熔池特征提取

根据铝合金TIG焊特点,在充分考虑电弧光谱特征的基础上,选择合适的滤光组件,确定了单个面阵CCD摄像机安装结构参数,成功构建了面向铝合金TIG焊的被动视觉传感系统,获得了清晰的熔池图像。针对拍摄到的熔池图像,提出一套包括中值滤波、拉普拉斯锐化以及改进蚁群算法等的图像处理方法,对传统蚁群算法进行了选择策略和信息更新策略的改进,形成一种自适应检测方法,有效地提高了检测精度和检测时间,较好地提取了熔池边缘,为实现焊接质量在线监测与控制奠定了基础。     

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.     

基于红外透过滤光片的P-GMAW熔池图像传感

被动视觉熔池传感技术常采用窄带滤光片使熔池辐射较强而弧光较弱的某波长范围内的光进入摄像机,以抑制弧光干扰获得较清晰的熔池图像.在分析熔池辐射光谱分布、电弧光谱分布和摄像机光谱敏感曲线等影响熔池成像因素基础上,文中提出采用红外透过滤光片拍摄熔池图像,最大程度利用近红外波段熔池辐射能量高而电弧辐射弱的特点,同时透光波长范围的增加也避免了摄像机敏感性不足而导致的成像质量下降问题.P-GMAW熔池传感试验结果表明,红外透过滤光片能够较好的抑制弧光,在脉冲电流峰值和脉冲电流基值期间均可获得清晰和细节丰富的熔池图像.     

基于实际熔敷形状的旋转电弧传感器数学模型

旋转电弧传感器数学模型是提高焊接质量、旋转电弧信号处理和焊缝偏差提取的理论基础, 焊接熔敷金属堆积形状是决定旋转电弧长度主要因素之一,影响其数学模型精确度. 采用双线结构光传感系统对焊接收弧阶段焊缝进行三维重建获得焊接熔池熔敷形状,运用单纯形法最优化电弧长度,在此基础上建立了旋转电弧传感器数学模型及仿真模型. 结果表明,该数学模型相对于假设的三角锥熔敷形状数学模型,消除了焊接过程工件变形引起的电流信号误差,减小了焊缝转角和焊缝偏差检测误差,提高了旋转电弧传感器数学模型精度.     

铝合金脉冲MIG焊参数对熔池视觉传感效果的影响

利用建立的铝合金脉冲MIG焊熔池CCD视觉传感系统,通过焊接工艺试验研究了脉冲电流模式、熔滴过渡形式、焊丝伸出长度、焊枪位置和焊接电压等焊接参数对熔池视觉传感效果的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式对视觉传感效果影响最大,在合适的脉冲电流模式下,通过调整焊接工艺参数使熔滴过渡为小颗粒自由过渡,配合短弧焊接既可得到良好的焊缝质量和成形,又可保证视觉传感效果.     

铝合金双丝MIG焊熔池图像采集与处理

针对铝合金双丝熔化极氩弧焊,分析研究了电弧弧光辐射和熔池视觉传感的特征,结果表明,双丝电弧辐射更强,采用近红外窄带滤波传感熔池视觉传感双丝熔池相对易于提高信噪比,在10～35 mm厚LY12和7A52铝合金V形坡口对接焊缝工艺试验的基础上,采用980 nm窄带滤波和合适的减光系统获得了较为清晰的铝合金双丝熔池视觉图像,分析了双丝熔池视觉图像特征,采用自动阈值分割等方法设计了计算机图像专用处理软件,获得了准确的双丝熔池边界及几何参数,为基于熔池视觉的铝合金MIG焊质量控制打下良好基础.     

基于结构光投影的焊接熔池图像获取与处理

建立一种主动视觉传感系统,以小功率激光器作为主动光源投射激光到特制光栅上,在焊接熔池表面形成变形激光条纹,用加了窄带滤光片和中性滤光片的CCD在系统另一侧实时拍摄熔池图像。选取合适的激光入射角度和CCD拍摄角度,较好的避开弧光对熔池图像的干扰,采集到熔池区变形激光条纹。对熔池图像特征进行分析,变形的激光条纹反映了熔池的下塌或上凸状态;成功提取熔池边缘和激光条纹边缘;通过标定、计算得到熔池正面几何参数,为今后实时检测焊接熔池表面的三维信息奠定了基础。     

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.     

基于视觉的MAG焊气孔缺陷图像特征初步探讨

针对MAG焊特点,利用被动式熔池视觉传感系统,采集到清晰的熔池图像;通过同步对比试验方法,系统地对焊接气孔缺陷与熔池图像特征信息之间的关系进行了研究,提取了表面气孔、内部气孔(夹渣)对应的熔池图像特征,并从灰度均值和标准差的角度研究了焊接气孔缺陷产生过程中熔池图像变化情况及奇异特征.试验表明,通过熔池视觉图像特征判断气孔焊接缺陷,具有良好的可行性,为基于视觉传感的焊接缺陷自动识别提供了技术依据;一种图像特征可能预示有多种焊接缺陷产生的可能,一种焊接缺陷可能有多种图像特征显示.     

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...     

激光焊熔池图像三维形态恢复算法分析

利用熔池图像表面的明暗变化恢复熔池表面三维形态,分析熔高和熔宽等特征与焊接质量的关系.试验装置采用红外激光辅助光源和带有近红外窄带滤波组合系统的高速影像设备实时捕捉熔池动态图像,并根据统计学估计光源位置参数,采用基于单幅熔池灰度图像的明暗恢复形状技术(shape from shading,SFS)中的局部分析算法来恢复熔池三维表面形态,并通过中值滤波和三次样条插值对三维重建后熔池形状进行去噪和平滑处理.结果表明,所采用的方法能有效地恢复熔池表面信息,为大功率盘形激光焊接过程中根据熔池二维图像预测焊缝成形提供了一种方法.     

Experimental determination of weld pool geometry in gas tungsten arc welding

Abstract

Based on the analysis of the gas tungsten arc welding (GTAW) arc spectrum, a composite light filter is designed. This filter and a normal charge coupled device camera form a vision sensor, which observes the GTAW weld pool from the topside of the workpiece. During the welding process, the captured image brightness is adjusted according to the magnitude of the welding current using software, and comparatively distinct images of the weld pool are obtained. The weld pool geometry is measured through an image processing algorithm developed by the present authors. The algorithm requires less than 70 ms to process an image frame in a 100 MHz main frequency computer, and therefore meets the requirements of real time measurement.     

大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

熔透是评价激光焊接质量的重要因素,但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象,研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像,提取熔池特征量,应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系,使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明,熔池表征与熔透状态之间存在密切关联,通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率,为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.     

Solidification phenomena of weld metals. Solidification cracking mechanism and cracking susceptibility (3rd report)

Summary

Accurate measurement of temperature is an increasingly important aspect of modern production processes. The radiation thermometer, requiring no physical contact with the object being measured, is available for such temperature measurement. It is reported, however, that the IR radiation thermometer has led to significant errors in molten pool temperature measurements where the emissivity is variable.

It is evident from Planck's law of radiation that the luminance temperature (measured by radiation thermometry) approaches the true temperature of an object when the measurement wavelength is shorter than IR. This paper describes an investigation of molten pool temperature measurement by UV thermal radiation. In the experiments, stainless steel (SUS304) and mild steel are melted by GTA (gas tungsten arc or TIG) or a laser beam, and the temperature distribution of the molten pool is measured with a UV sensor (CCD camera, image intensifier, and interference filter).

The results show that the melting point of metals can be measured with high accuracy with a UV sensor without any correction of emissivity. The maximum temperature in the molten pool melted by GTA is some 90–130 K higher than the melting point, but the maximum temperature in the molten pool melted with the laser beam is much higher than the melting point when the focal distance is shorter.     

基于ACT匹配的GMA增材制造熔池形貌三维重建

基于双棱镜折射原理,设计了单摄像机虚拟双目视觉传感系统,系统达到亚像素精度. 标定了左右虚拟摄像机内外参数及其关系,完成了图像对的极线校正. 进一步优化了自适应权重Census变换立体匹配算法(ACT, adaptive Census transform),求取了校正图像对亚像素精度视差. 三角测量法重建了标准圆柱体部分表面形貌. 结果表明,标准件宽度误差优于3.17%,高度误差优于5.83%. 以熔化极气体保护电弧(GMA, gas mental arc)增材制造熔池图像对为例,采用优化的ACT匹配算法求取了熔池图像对亚像素精度视差,基于三角测量法获取了熔池表面三维形貌.