基于线阵相机的多特征激光焊接焊缝轨迹识别方法

焊缝跟踪是实现自动化焊接的关键，针对激光焊接下的近无间隙焊缝轨迹，提出了基于线阵相机和特征识别算法的焊缝追踪方法。通过线阵相机获取工件表面图像，使用均值滤波对图像进行降噪处理。通过分析图像的灰度值、图像灰度值变化、图像的灰度值梯度、焊缝区域宽度识别焊缝轨迹，实现了无间隙焊缝的识别和跟踪。通过焊接试验测试得到基于线阵相机的焊缝识别方法误差小于0.05 mm。通过对不同间隙的焊缝进行焊缝追踪试验证明了该方法对于间隙小于0.3 mm的焊缝具有良好的识别效果。     

一种基于线结构光的焊缝三维重建方法

介绍了一种基于结构光和双目视觉的焊缝三维重建方法。该方法利用轮廓点曲率提取激光条纹的轮廓关键点,再由所提取的关键点计算轮廓横截面法向量。并根据激光条纹服从正态分布的特点,借助灰度重心法提取条纹中心线。将焊缝在双目摄像机中的图像坐标点转换为世界坐标点,从而完成焊缝三维空间信息的重建。实验结果证明本文方法快速、准确,可以满足自动焊接机器人系统的应用要求。     

基于相位编组法的焊缝识别

焊接机器人的自动行走是由焊缝的位置决定的，焊缝识别是焊接自动化的关键问题之一，因此从焊缝图像中提取直线具有重要意义。本文将相位编组法运用到焊缝图像识别上，并根据焊缝识别的特点对核算法提出了改进方案，取得了较好的效果．     

基于3D激光扫描传感器的焊缝区域跟踪方法设计

一般二维数据传感器在智能焊接领域应用中,跟踪焊缝区域时,焊接枪抖振会导致跟踪误差大的问题,提出基于3D激光扫描传感器的激光焊缝自动跟踪方法,应用3D激光扫描传感器获取到完整的激光焊缝3D位置数据。对采集到的焊缝位置信息展开全局最优解处理,提取激光焊缝的相关特征。对激光焊缝跟踪相关的距离特征进行分类处理:设计模糊跟踪算法,利用基本论域方法建立目标边缘特征模型,调整激光焊缝隶属度参数,实现目标融合特征分类。在激光焊缝特征分类的基础上,利用变论域理论提高焊接跟踪控制准确率和焊缝成形检测效率,完成焊缝区域的控制跟踪,实现无人化焊接。实验结果表明:这种方法在减小跟踪误差中有明显的效果。     

核相关/卡尔曼滤波焊缝路径识别新方法研究

针对线激光视觉传感的焊缝跟踪系统在焊接过程中易受弧光、飞溅等噪声干扰而出现焊缝位置识别精度不高的问题,本研究团队提出了一种基于核相关/卡尔曼滤波算法的焊缝路径识别方法。利用图像处理方法提取焊缝中心区域,在焊接过程中利用核相关滤波(KCF)算法实时定位焊缝中心,根据响应图峰值旁瓣比(PSR)对焊缝目标模板进行自适应更新,以提高模板的抗干扰能力。采用状态扩增法建立带有色观测噪声的焊缝中心位置的卡尔曼滤波模型,对焊缝中心进行最优估计,进一步提高系统在强噪声环境下的焊缝路径识别精度。分别进行对接焊缝和搭接焊缝路径识别试验,试验结果表明:所提算法能在有强烈弧光和飞溅的工况下实现焊缝路径的准确识别,识别误差能分别控制在0.137 mm和0.105 mm以内。     

随机Hough变换提取空间碎片激光测距有效回波

为解决空间碎片漫反射激光测距回波数据信噪比低,难以快速高效地提取有效数据点的问题,提出一种基于随机Hough变换的有效回波提取方法。考虑O-C残差中相邻信号点之间的时间相关性,将有效回波数据的提取问题转化为图像空间中的曲线识别问题。采用随机Hough变换,将确定一条曲线的n个数据点映射为参数空间中的一个点,并在参数空间中运用分数累加的策略进行曲线辨识,提取信号点。采用该方法处理中国科学院云南天文台空间碎片漫反射激光测距实验得到的数据,结果表明,该方法可以快速地提取近似曲线型分布的有效回波,且占用内存少,漏检率低,为自动高效提取空间碎片漫反射激光测距有效回波提供了新思路。     

一种心电信号QRS复杂形态自动分析算法

QRS形态分析是心电信号自动分析中的关键步骤之一.现有QRS形态分析算法大多是基于时频变换分析或基于基元线段句法识别的.其中,基于时频变换分析的方法难以处理复杂波形和异常波形;而基于基元线段句法识别的算法则易丢失波形细节.针对这一问题,本文提出了一种基于QRS波群关键点和有限自动机的QRS形态分析算法.首先,采用二次多项式曲线对输入的心电信号进行分段最小二乘法逼近.然后,通过分析各段曲线的单调性、陡峭程度以及曲线方向等特征,实现QRS波群中峰点、谷点、边界点等关键点的检测,同时提取各关键点的幅度和时间信息,并判断出关键点的类型.最后,构造了一个有限自动机,以带属性的QRS波群关键点序列作为输入,实现了QRS形态的识别.经MIT-BIH心律失常数据库验证,本文算法可处理含有任意多个子波的QRS波群,正确识别出其各种复杂形态,准确分析出如切迹、顿挫等形态细节.     

基于轨迹一致性检测的空间碎片天基识别方法

针对空间碎片天基观测量与编目数据库在轨关联难题,建立天基光学相机对空间碎片的观测模型,分析在轨应用环境对观测信息的影响,基于碎片轨迹一致性检测设计识别方法。为适应在轨应用的需求,提出了DTW与轨迹形貌差异量化检验融合的空间碎片识别方法。首先,依据DTW原理筛选出与待检测真实轨迹形貌最接近的预报轨迹;进一步,将初选相似轨迹之间的形貌差异量化为轨迹间总误差的标准差;最后,通过统计量检验实现轨迹一致性确认,轨迹一致则碎片成功识别。对所提出方法与轨迹直线拟合参数误差检验识别法进行碎片识别稳定性的仿真与实验对比。结果表明:DTW与轨迹形貌差异量化检验融合识别法是一种更稳定的碎片识别方法,对仿真及实验中的全部碎片及低轨卫星均能实现稳定识别,较轨迹直线拟合参数误差检验识别法稳定性明显提升。文中提出方法具有不受碎片运动特性、观测环境等因素影响的特点,可在卫星感知与防护领域广泛应用。     

基于集成技术的二维智能焊缝传感器

本文简述了基于GMR的二维焊缝检测传感器.为解决焊接加工自动化过程中焊缝的跟踪检测,将GMR焊枪悬浮高度传感器、焊缝检测传感器以及相应的微处理器有机集成,从而使传感器实现小型化智能化,减少对工件检测的死区范围.该传感器与自动焊接机组成的焊缝跟踪系统,焊缝跟踪精度高、响应速度块,减少了焊缝轨迹空间捕捉算法的复杂性.     

基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统研究

提出了基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统,采用机器人末端安装条纹激光传感器,在焊接过程中实时获取焊缝轮廓数据;利用小波变换模极大值理论对焊缝轮廓数据进行分析,确定焊缝特征点;以特征点为分界点,采用最小二乘法拟合焊缝直线并求取交点,精确确定焊缝轮廓特征点坐标;通过机器人坐标变换实时获得焊缝运动轨迹,从而实现焊缝跟踪。对不同的V型焊缝进行实验验证,并对有无采用最小二乘法精确定位进行对比实验。实验结果表明:只采用小波模极大值理论获得的跟踪误差约为0.514 mm,但轨迹存在较严重的抖动现象;而采用了最小二乘法精确定位特征点后,跟踪误差约为0.304 mm,抖动现象明显减弱,满足自动焊接误差要求在0.5 mm之内的要求。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

Control of Photonic Package Alignment With Asynchronous Laser Spot Welds

The precise alignment of an optical fiber to a laser diode for maximum optical coupling is often accomplished with synchronous laser spot welds in three symmetric locations. To improve precision and reduce operational complexity, the utility of single-beam spot welds made in an asynchronous manner has been investigated. Independent measurements of fiber tip post weld shift have been made using eddy current sensors and CCD camera imaging analysis. For the cylindrical radially aligned Kovar ferrules examined, post weld shift has been found to be independent of both the location and number of prior spot welds. Post weld shift direction has been shown to be relatively consistent and predictable when the fiber containing ferrule is properly restrained. It has been demonstrated that through the application of an axial restraining force on radially aligned ferrules, post weld shift can be reduced to less than 2 mum. Analytical equations have been presented that predict the magnitude of the measured post weld shift and also serve to guide engineers in optimal design geometries and preferred welding conditions.     

弧焊机器人空间焊缝定位系统的研究

建立了基于激光立体视觉的空间焊缝定位系统,使带有离线编程系统的弧焊机器人可以适应批量生产中每次焊缝位置的变化。利用激光视觉传感器获取空间焊缝特征点的机器人基坐标系坐标,用B样条曲线拟合测量点。可以快速实现空间焊缝的精确定位。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

脉冲激光点焊铝合金工艺特性研究

研究了几种特殊脉冲波形方式下，铝合金激光点焊焊点形态、尺寸的变化规律。实验结果表明，与矩形方波连续激光点焊相比，前期预制尖峰脉冲可以提高后期主脉冲阶段工件对激光能量的吸收效率，提高低功率下激光点焊的焊点稳定性;而后期的缓降脉冲波形能有效地减少焊点中的气孔和裂纹数量，但是增大了焊点表面的下塌量。缓升脉冲波形可以起到清理工件表面氧化膜的作用，减少焊点中氧化膜气孔的产生，并且能够减少焊点表面下塌量。结合缓升、缓降两种波形的优点，最后采用锯齿脉冲波形获得了无气孔、裂纹等缺陷的高质量焊点。     

Automated system for laser ultrasonic sensing of weld penetration

An on-line sensor is required for real-time control of penetration depth in robotic welding. Currently, no on-line techniques exist for direct penetration depth measurement. The development of a penetration control system will significantly reduce the costs associated with repairing or scrapping defective welds. Laser array generated ultrasound is a noncontact, nondestructive method that can potentially be used to measure weld penetration. This paper will discuss the design and implementation of an automated system that was used to measure the depth of simulated solidified welds. The system consists of a laser array generation source and an electromagnetic acoustic transducer (EMAT) receiver. Measured penetration results for the simulated weld are compared with the exact results. Experimental results will also be shown for array gain measurements in order to demonstrate the power of the array. This automated system is being modified in readiness for use in actual robotic welding.     

CO2激光焊接船用铝合金T型材的焊缝成形控制

分析了船用铝合金T型材的特点,提出激光焊接船用铝合金T型材的方法。采用CO2激光填丝焊接方法实现了6.0mm厚船用5083铝合金T形构件角焊缝的焊接。在平板扫描焊接实验的基础上,重点研究了激光束入射角度、作用位置及焊接速度与送丝速度的匹配关系对角焊缝成形的影响。针对6.0mm的5083铝合金,采用Ar和He混合保护气在激光功率为3300～3500W,离焦量为0的情况下进行焊接。激光入射角度为22°～25°,激光作用于竖板距横板0.8～1.0mm处,焊接速度2.2～2.5m/min,送丝速度2.5～2.8m/min的条件下,能够得到满意的角焊缝成形。同时,讨论了船用铝合金T型材CO2激光焊接过程中产生气孔和过程不稳定的原因。     

基于涡流脉冲热成像的角焊缝表面裂纹检测北大核心CSCD

角焊缝裂纹是焊接结构中常见的缺陷之一,由于其所处位置特殊而常出现漏检、错检等情况。本文采用涡流脉冲热成像技术对T形角焊缝裂纹进行了研究,并提出了一种包含表面裂纹热图像前、后处理及定量检测的检验方法。首先,采用L形铁氧体磁芯对角焊缝缺陷试件进行检测,然后基于独立成分分析算法(ICA)对整个图像序列进行前处理,并提出了一种改进区域生长算法用于提取缺陷特征,最后利用所提出的检测方法对缺陷进行了定量检测和误差分析。实验结果表明,所提出的检测方法可以实现对焊缝表面裂纹的检测,抑制不均匀加热和边缘效应,改善图像分割中的欠分割和过分割现象,且检测出的缺陷长度和宽度相对误差仅为0.4%和14%。     

Mechanical Behavior and Low-Cycle Shear Fatigue Life of the Pure Ni Laser-Welded Joints in Optoelectronics Packaging

The aim of this study is to characterize the behaviors of laser-welded joint between pure nickel (Ni200) weld clip and Kovar base metal under various mechanical loadings, i.e. shear and fatigue in shear. A Nd:YAG laser source with 1064 nm was used to weld a Ni200 piece onto a Kovar substrate by single weld spot. These samples were then subjected to shear test. While the shear fatigue cyclic tests on the four welding spots that joined Ni200 saddle shape weld clip onto the Kovar base metal. Results show that power density is the key parameter that determines the beam penetration depth and overlapping area. The pulse width has dominant effects on the weld width while the charge voltage dominant the depth of penetration and thus increases the absorbed power density. The maximum shear force requires to break a joint is ranged between 90-95, 70-75, and less than 45 N when welded by 380, 360, and 340 V, respectively. The shear strength is very much depends on the spot welding diameter and beam penetration depth. In general, higher pulse width increases the joint diameter and thus reduces the shear strength. The condition of dimples observed in the fracture surface after shear test provides important indication on the properties of the weld joints. The fatigue life for the weld formed by using the selected welding condition ranges from 1178 to 1813 cycles. The fatigue ratios obtained show that the stress below endurance limit has about 17%-23% possibility that fatigue failure will never occur for joints formed by using this range of welding conditions. The surface condition of the fracture surface after shear fatigue test provide direct indication on the crack propagation rate. Observations of all fracture surfaces by scanning electron microscope (SEM) help in understanding the deformation and damage mechanisms of Ni200 laser-welded joint at room temperature.