基于线形化算法的熔池三维形状提取

在自动化焊接过程中,焊接熔池形状是判断焊接质量的主要依据.熔池三维形状包含有更丰富的焊接质量信息,采用阴影恢复技术对熔池图像进行恢复.一种快速的线形近似求解方法被用来求解焊接反射图方程,得到了熔池高度迭代式.采用Kalman滤波的思想,完善了该算法实际执行过程中可能出现的问题.试验熔池图片验证了该算法是快速并且有效的.     

试验参数对GTAW熔池表面三维形貌测量的影响分析

测量熔池表面三维形貌对实现全熔透控制、自动化焊接以及研究电弧与熔池间的相互作用机理具有重要的意义。针对熔池表面高度尺寸不易测量难题,提出了激光视觉测量熔池表面三维形貌方法。基于激光视觉测量原理设计搭建了传感测量试验系统。投射一直流小功率结构光激光器产生的19×19点阵激光于GTAW熔池表面,由CCD摄像机实时采集了经熔池表面反射的激光点阵视频图像,并在304不锈钢板上进行了光路参数和焊接规范变化对传感质量的影响规律试验研究。结果表明,基于此试验系统所获得的反射激光点阵变化能够表征熔池自由表面三维形貌的变化,通过试验研究获得了采集最佳视频图像的参数范围,缩短了焊接试验周期,为后续熔池自由表面的三维恢复提供了有效、可靠的图像数据。     

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。     

基于阴影的激光深熔焊熔池形态分析

熔池形态特别是熔池体积使用现有测量手段难以直接进行测量.采用大功率盘形激光对304型不锈钢厚板进行平板堆焊,通过外加辅助强红外激光光源投射熔池阴影,采用高速摄像机加装组合滤光片摄取清晰地熔池及其阴影动态图像,提取焊接过程中熔池投射阴影的面积变化,并进行一元线性回归和相关性分析.结果表明,熔池的阴影面积变化与焊接质量存在正相关性,为焊接质量检测提供了新方法.     

激光深熔焊熔池X光图像恢复与特征分析

X光对于焊件具有很强的穿透性,可以利用其观测和分析激光深熔焊过程焊件内部熔池形态以及匙孔能量传递效果,实现对焊接过程有效地实时监测.在大功率光纤激光焊接304不锈钢过程中,由于X光图像采集过程中的噪声干扰,导致熔池X光图像存在严重退化现象,清晰度不高,识别性较差.为此研究一种图像恢复和增强算法,对熔池X光退化图像进行恢复和增强处理,使其在处理后能够更好地被识别.以盲去卷积法试验估计出熔池X光图像退化的点扩散函数,并以此函数为参数对熔池X光图像进行维纳滤波恢复,再进行灰度变换以增强图像,进而对熔池动态特性进行分析.结果表明,所提出的方法能够有效改善激光焊过程熔池X光图像质量,突出熔池边缘轮廓特征.     

基于网格激光的TIG焊熔池三维表面凹凸性分析

针对钨极惰性气体保护焊熔池三维表面测量的问题,提出了基于网格结构激光熔池表面反射的测量方法,并使用CCD采集投影在成像屏上的反射结构激光视屏图像.在此基础上,分别对标准的凹面和凸面反射激光成像进行了标定与分析,进一步对不同电流大小的TIG焊过程中的熔池表面所反射于成像屏上的激光网格信息进行了分析,分析了熔池自由表面的凹凸性.结果表明,采用网格激光能更好的反映熔池表面的凹凸情况,且随着焊接电流的增加,熔池表面由凸面慢慢开始向中间凹陷转变.     

熔池三维自由表面状态与TIG焊熔透的相关性研究

基于激光视觉测量原理,采用2台同规格的CCD摄像机实时同步采集了钨极惰性气体保护电弧焊熔池自由表面和背面熔宽动态变化视频图像,利用熔池自由表面三维恢复算法获得熔池三维自由表面形貌,并对不同熔透状态的熔池三维自由表面高度变化与同步采集的背面熔宽变化间的相关性进行了定性分析实验.通过建立理想熔池自由表面,入、反射激光束光学变换及成像屏数学模型,逆向仿真研究了不同熔透状态的熔池表面对反射激光点阵形态的影响规律.结果表明,基于激光视觉法获得的熔池三维自由表面动态变化与焊缝熔透之间具有相关性,当焊缝由未熔透过渡到熔透时,熔池表面由凸形逐渐变为凹形,且塌陷量随背面熔宽的增加而缓慢增大,反射激光点阵行曲率变小,激光点逐渐聚为一点.当过熔透时,背面熔宽增加,熔池表面塌陷量迅速增加,反射激光点阵行曲率反而变大,聚集的激光点阵纵向逐渐被拉开.熔池表面逆向建模仿真结果与实际测量结果基本一致,利用反射激光点阵的形态变化可以表征熔透变化.     

薄板铝合金激光深熔焊熔池流动数值模拟

针对薄板铝合金激光焊接过程,采用有限体积法开展熔池流动研究.建立了三维焊接熔池流动数学模型,并采用高斯旋转体热源表征激光束的热作用.在考虑与不考虑表面张力作用下,分别计算获得了焊接温度场、熔池流场和熔池形貌.基于计算结果,分析了温度场云纹图、熔池焊接热循环曲线、熔池速度场分布多视图.最后进行相同参数下的激光焊接试验,基于观察获得的焊接接头形貌,综合分析了模拟结果和试验结果.结果表明,所建立的模型和模拟方法是合理可行的.同时考虑Marangoni对流作用所计算得到的熔池和焊缝几何形状更加接近实际焊接接头.     

电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响.得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律.结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面.这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础.     

激光焊接热源和焊速对温度场影响的数值模拟

利用不同的工艺参数,进行A304不锈钢薄板激光对焊试验。建立了激光焊接的三维有限元模型,通过有限元方法,分析了热源模型和焊接速度对激光焊接过程中温度场和熔池形状的影响。结果显示,热源和焊速对温度场和熔池形状有很大影响,应用旋转高斯曲面热源模型得到的熔池形状与试验结果吻合良好。     

盘型激光焊接状态多传感信息融合分析

针对大功率盘型激光焊接状态,研究一种基于支持向量机的多传感信息融合分析方法. 使用紫外、可视和红外波段的两个高速摄像机同时获取激光焊接过程中金属蒸气、飞溅和熔池动态图像. 通过模式识别技术提取焊接过程多传感信息特征及进行数据主成分特征分析,并以焊缝宽度变化作为衡量焊接状态稳定性的参数. 运用支持向量机融合各特征,通过网格搜索和粒子群算法优化支持向量机参数,建立基于支持向量机的多传感信息融合模型. 结果表明,支持向量机多传感信息融合方法能够有效预测焊缝宽度变化趋势,为大功率盘型激光焊接状态的实时监控提供试验依据.     

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.     

大功率盘形激光焊接过程等离子体图像特征分析

研究一种基于等离子体图像特征的大功率盘形激光深熔焊质量分析及检测的新方法．以大功率盘形激光焊接Type 304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过图像处理技术提取等离子体的面积和高度特征．以熔宽作为衡量焊接过程稳定性的因素,对比焊接过程中等离子体图像和焊接试件的熔宽变化,研究相邻等离子体...     

Supervised descent method for weld pool boundary extraction during fiber laser welding process

In order to obtain a high-quality weld during the laser welding process, extracting the characteristic parameters of weld pool is an important issue for automated welding. In this paper, the type 304 austenitic stainless steel is welded by a 5kW high-power fiber laser and a high-speed camera is employed to capture the topside images of weld pools. Then we propose a robust visual-detection approach for the molten pool based on the supervised descent method. It provides an elegant framework for representing the outline of a weld pool and is especially efficient for weld pool detection in the presence of strong uncertainties and disturbances. Finally, welding experimental results verified that the proposed approach can extract the weld pool boundary accurately, which will lay a solid foundation for controlling the weld quality of fiber laser welding process.     

光纤激光焊接熔池和小孔的高速摄像与分析

采用主动光源和光学窄带滤光片等辅助器件,利用高速摄像技术对光纤激光焊接过程中的熔池和小孔进行了拍摄,获得了较为清晰的熔池和小孔图像,以及不同激光功率下光纤激光焊接熔池和小孔的实际尺寸,可以为光纤激光焊接熔池和小孔的模拟提供可靠的参考依据。对高速摄像图片和焊缝熔深波动以及焊缝形貌进行了分析。结果表明:小孔前沿附近是光纤激光焊接过程中飞溅产生的主要区域;利用高速摄像可以监测焊缝的熔深变化;熔池温度最低的区域为熔池后部的中轴线两侧,而非熔池边界处。     

大功率光纤激光焊熔池形态及焊接稳定性分析

在大功率光纤激光焊接过程中,熔池热辐射含有丰富的焊接质量信息,熔池形态及其变化特征与焊接稳定性密切相关.研究一种基于红外热像的大功率光纤激光深熔焊熔池形态分析及焊缝质量稳定性评价的方法.以10 kW大功率光纤连续激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外传感高速摄像机摄取熔池动态热像,通过动态自动阈值和数学形态学方法重...     

管道全位置焊接熔池监测试验研究

在管道全位置自动焊接过程中,焊接熔池形态监测对焊接质量控制有重要意义。设计一套熔池监测试验装置,方便采集清晰的熔池图像。运用图像处理技术检测熔池边缘。用熔池长度、熔池宽度以及熔池头部轮廓二项式系数等特征参数重新定义熔池形态。应用正交试验法和极差分析法,研究在仰焊区段焊接电流、电弧电压以及焊枪摆速等因素组合变化时对熔池形态的影响程度。结果表明:采用优化的焊接工艺参数组合,可以获得良好的焊缝成形质量。     

Effect of welding current and speed on occurrence of humping bead in high-speed GMAW

The developed mathematical model of humping formation mechanism in high-speed gas metal arc welding (GMAW) is used to analyze the effects of welding current and welding speed on the occurrence of humping bead. It considers both the momentum and heat content of backward flowing molten jet inside weld pool. Three-dimensional geometry of weld pool, the spacing between two adjacent humps and hump height along humping weld bead are calculated under different levels of welding current and welding speed. It shows that wire feeding rate, power intensity and the moment of backward flowing molten jet are the major factors on humping bead formation.     

Study on heat source model in twin-arc GMAW with a common weld pool

The heat input from arcs to weld pool in twin-arc gas metal arc welding (GMAW) with a common weld pool is investigated by high-speed photography. The characteristics of arc shapes and droplet transfer are studied and then the models for heat flux distribution on top surface of weld pool and enthalpy distribution of metal droplets transferred into weld pool are established. By using the model, 3-D geometries of weld pools in twin-arc GMAW with a common weld pool are predicted. Corresponding welding experiments on mild steel plates are carried out and the results indicate that the predicted shape of weld bead on cross section shows good agreement with measured one.