基于蚁群算法的铝合金MIG焊熔池边缘检测

针对铝合金MIG焊熔池边缘提取问题,建立了视觉传感和采集的实验系统并提出和设计了基于蚁群算法的熔池图像处理程序.介绍了系统与算法的结构,同时与基于Sobel算子、Canny算子的熔池边缘提取结果进行了对比.结果表明蚁群算法在熔池图像的分割和特征提取性能上具有一定的优异性.通过该算法提取的铝合金MIG焊接熔池清晰边缘,可以有效地克服熔池图像信号中的噪声,阴极雾化区的影响,为实现铝合金MIG焊过程实时检测与控制奠定了理论基础.     

铝合金爬坡TIG焊熔池失稳状态的视觉检测

对焊接过程中的熔池状态进行视觉检测是实现焊缝质量在线监测的重要手段. 针对中厚板铝合金爬坡钨极氦弧焊过程易出现的熔池失稳和成形缺陷问题,提出了一种基于熔池图像特征的钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接状态监测方法. 基于构建的被动视觉传感系统,实现强弧光干扰条件下清晰熔池图像的获取. 提出了一种基于Otsu’s阈值分割和视觉显著性特征(VSF)的氦弧焊熔池图像处理算法,用于提取熔池图像的形态特征,并分析了所提取视觉特征与铝合金爬坡TIG焊过程稳定性的关系. 最后建立了支持向量机(SVM)模型实现熔池稳定性状态的在线识别. 结果表明,相对于熔池轮廓几何特征,熔池尾端熔融金属的形态特征能够更有效地反映出铝合金爬坡TIG焊过程中出现的熔池不稳定状态. 所建立的焊接状态分类模型在单一特征输入条件下,最高准确率达到95.94%. 所提出的实时检测方法为大型铝合金构件TIG焊缝成形缺陷的在线智能诊断与工艺优化提供了基础.     

基于数学模型的熔化极气体保护焊焊接过程中的熔池边缘提取

基于数学模型对熔化极气体保护焊焊接过程中熔池边缘提取问题进行研究,利用CCD摄像机和复合滤光技术构成的系统提取熔池图像,并分析讨论图像。通过高斯平滑对图像进行预处理,使用数学模型提取熔池边缘,以设定阈值的方法得到熔池矩形区域,求出矩形区域的质心,实现熔池区域的粗定位,以此质心为中心定义一椭圆轮廓为初始轮廓,最后与传统的Sobel算子方法和Canny算子方法作比较,得出该算法能够满足熔池边缘提取问题中的实时要求,并且提高了精度。     

连续电流TIG对接焊熔池形状参数的视觉检测

利用普通CCD摄像机，拍摄出了分辨率较高的TIG对接焊熔池图像，对焊接熔池图像进行分析，根据图像的特点，设计出了图像边缘检测算法，检测出连续电流TIG对接焊熔池的整个边缘，通过对熔池图像进行标定，得到了熔池实际的几何参数尺寸。     

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。     

基于遗传算法的焊接熔池检测

对焊接熔池图像的视觉检测新方法进行了深入地研究。以TIG焊为研究对象,首先搭建了焊接试验平台,实时获取焊接熔池图像。同时选取了中心波长为650 nm的窄带滤光片与7#减光片组成复合滤光系统,对焊接过程中产生的弧光进行过滤。在此基础上,研究了基于遗传算法的熔池图像阈值分割方法,给出了图像算法的处理流程。与传统的Otsu方法相比,GA处理法能提取到更为丰富的熔池及焊缝信息。为进一步去除弧光对熔池图像所产生的干扰,还对GA阈值分割后的图像进行了腐蚀、Sobel边缘检测处理,较好地提取了熔池边缘,为后期的焊接过程控制提供更丰富的信息。     

基于多经验参数约束的等离子弧焊熔池边缘检测

对等离子弧焊接熔池图像边缘提取算法进行了研究.拍摄了等离子弧焊接正面熔池,发现强烈的正面电弧弧光被熔池液态金属表面反射后在图像中形成大面积的灰度饱和区,弧光区域边界的灰度梯度远大于真实熔池边缘的灰度梯度,导致常规的图像处理算法不能准确地将熔池边界提取出来.针对这一问题,提出多经验参数约束的边缘检测算法,使用前n幅已处理熔池图像边缘信息和弧光最小外接曲线等多种经验参数作为引导信息对图像边缘进行约束,剔除伪边界,检测出真实的熔池边缘信息.将所提取的边缘信息与试验测量结果进行比较,表明所提出的算法能够有效快速地检测出熔池边缘.     

分段线性灰度变换在熔池边缘提取中的应用

电弧焊接过程中,熔池形态与焊接质量密切相关.应用图像处理方法得到熔池的边缘轮廓对提取熔池相关几何参数具有重要意义.采用分段线性灰度变换突出熔池区域,用Canny算子提取熔池图像边缘.试验结果表明:该方法能够有效提取熔池图像边缘,适用于熔池图像的实时处理.     

焊接检验及其设备

20092236GMAW短路过渡焊接熔池的视觉检测/王德民…//焊接学报.-2008,29(10):84~88针对GMAW短路过渡焊接过程的熔池视觉检测,采用普通工业CCD摄像机,通过光谱分析选择窄带复合滤光器。设置了CCD摄像机曝光时间,分析短路过渡电压波形,确定了CCD摄像机采集时刻并设计了短路检测及CCD摄像机外触发电路,准确地将CCD摄像机的曝光时刻定位于短路过渡阶段。提出了正前方小角度和正后方大角度的图像采集方式。结果表明,采用以上图像采集方案,利用普通工业CCD摄像机可拍摄到连续清晰且不失真的熔池图像。并设计了图像处理算法,提取出完整的熔池边缘。图9参620092237基于纹理特征的焊缝识别方法/王胜华…//焊接学报.-2008,29(11):5~8提出了一种基于纹理特征的焊缝自主识别视觉方法。不同于通常利用被焊工件的宏观结构特征的主动视觉和利用工件图像中明显的灰度梯度的被动视觉,该方法利用待焊区(焊缝位置)与母材区之间明显的纹理特征差异来实现;能够解决多层多道焊后几层、道次的焊接时通常视觉方法不易识别焊缝的问题。在该方法中,先对图像进行纹理分析,提取纹理特征,再利用待焊区和母材区的纹理特征差异,...     

焊接检验及其设备

20092236GMAW短路过渡焊接熔池的视觉检测/王德民…//焊接学报.-2008,29(10):84~88针对GMAW短路过渡焊接过程的熔池视觉检测,采用普通工业CCD摄像机,通过光谱分析选择窄带复合滤光器。设置了CCD摄像机曝光时间,分析短路过渡电压波形,确定了CCD摄像机采集时刻并设计了短路检测及CCD摄像机外触发电路,准确地将CCD摄像机的曝光时刻定位于短路过渡阶段。提出了正前方小角度和正后方大角度的图像采集方式。结果表明,采用以上图像采集方案,利用普通工业CCD摄像机可拍摄到连续清晰且不失真的熔池图像。并设计了图像处理算法,提取出完整的熔池边缘。图9参620092237基于纹理特征的焊缝识别方法/王胜华…//焊接学报.-2008,29(11):5~8提出了一种基于纹理特征的焊缝自主识别视觉方法。不同于通常利用被焊工件的宏观结构特征的主动视觉和利用工件图像中明显的灰度梯度的被动视觉,该方法利用待焊区(焊缝位置)与母材区之间明显的纹理特征差异来实现;能够解决多层多道焊后几层、道次的焊接时通常视觉方法不易识别焊缝的问题。在该方法中,先对图像进行纹理分析,提取纹理特征,再利用待焊区和母材区的纹理特征差异,...     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

基于SYSWELD的不锈钢薄板TIG焊焊接三维温度场的有限元分析

采用双椭球体热源分布模式，基于SYSWELD软件平台，建立了运动电弧作用下TIG焊接不锈钢薄板时焊接热过程的有限元数值分析模型。利用所建模型，预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形态的动态演变，并进行了对比验证。结果表明，达到宏观准稳态时计算所得的熔池长度和宽度与试验结果基本吻合。     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

熔透情况下三维TIG焊接熔池流场与热场的数值分析

建立了熔透情况下三维运动TIG焊接熔池中流体动力学状态及传热过程的数值分析模型。该模型考虑了试件全熔透情况下液态金属熔池表面的变形。采用贴体曲线坐标系处理熔池曲面,利用SIMPLER方法对不锈钢焊接试件熔池中的流场与热场进行了数值分析,并进行了焊接工艺试验对模型加以验证。结果表明,根据该模型得出的计算结果与实验值吻合情况良好。     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪

针对某复杂曲面薄壁不锈钢工件精密脉冲TIG焊中的焊缝跟踪问题 ,本文研究了一种基于视觉传感的高精度、高实时性焊缝跟踪技术。根据脉冲TIG焊的工艺特点 ,该技术通过选择特定波长的滤光片及合理的曝光时刻 ,采用工业CCD摄像机获取可直接分辨出焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像。采用VC语言设计的图像处理算法 ,可以快速准确地识别出焊缝中心线 ,提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离 ,驱动步进电机调节焊炬位置 ,实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。试验结果表明 ,该技术的单幅图像处理周期小于 12 0ms,能实现焊炬运动方向与焊缝偏差角小于 3 0°的焊缝跟踪 ,满足了复杂曲面的薄壁不锈钢工件的精密焊接要求。     

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.     

Research for the method of image acquisition of the molten pool in the TIG welding of aluminum alloy

Obtaining the image of molten pool aluminum alloy‘ s tungsten inert gas (TIG) welding becomes a challenging problem in the welding field. In this paper, a bran-new optical sensor based analyzing the light spectrum was designed, and the clear image of the molten pool during the aluminum alloy‘ s welding using the common industrial CCD camera was obtained. And with the new algorithm provided by myself, the desirable characteristic parameters of the molten pool of aluminum alloy‘ s welding were obtained, and it provides a good base for advanced monitor welding quality.     

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...