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.     

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.     

焊接可视化技术的发展与研究现状

焊接可视化过程由视觉检测、信息处理和智能控制三部分组成。概述了与不同检测信号对应的图像检测法、红外热像法、基于焊缝缺陷成像的无损检测可视化及基于熔池振荡的可视化测量等方法,并从不同角度对主动视觉法与被动视觉法的优缺点进行了对比。介绍了信息处理软件的系统开发方法,以及图像处理技术在焊接可视化中的应用现状。叙述了可视化过程的智能控制所涉及的控制方法。针对焊接可视化技术的未来发展给出了积极的预期和展望。     

焊接可视化技术的发展与研究现状北大核心

焊接可视化过程由视觉检测、信息处理和智能控制三部分组成。概述了与不同检测信号对应的图像检测法、红外热像法、基于焊缝缺陷成像的无损检测可视化及基于熔池振荡的可视化测量等方法,并从不同角度对主动视觉法与被动视觉法的优缺点进行了对比。介绍了信息处理软件的系统开发方法,以及图像处理技术在焊接可视化中的应用现状。叙述了可视化过程的智能控制所涉及的控制方法。针对焊接可视化技术的未来发展给出了积极的预期和展望。     

大功率光纤激光焊熔池红外热像增强算法

在激光焊接过程中,分析熔池的红外热像是观测焊接质量的重要方法。本文以大功率激光焊接为试验对象,综合运用维纳滤波、中值滤波、灰度拉伸、阈值分割、图像形态学法等算法处理焊接中所获取的红外图像,提取熔池信息,最后用熔宽测量值与实际焊接图像比较验证算法的可靠性。试验结果表明,按上述方法处理后提取出的熔宽变化与实际熔宽变化相符,能够反映焊接过程质量的稳定性。     

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.     

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.     

MAG焊熔池图像特征及可用信息分析

针对MAG焊焊接过程的特点,采用被动式视觉传感的方式,利用近红外CCD摄像机,配合1064nm窄带滤光片和0.1%中性减光片组成的复合滤光系统,很好地排除了弧光的干扰,采集到大量高清晰的MAG焊短路过渡、射滴过渡、射流过渡熔池图像.利用数字图像处理技术对熔池图像进行图像处理,并提取出反映焊接质量的图像特征信息.对于单幅熔池图像进行了灰度分析,并提取了三条熔池图像等值轮廓线;对于连续多帧熔池图像,提出了利用熔池图像差影检测和熔池图像平均灰度来研究MAG焊焊接过程的新思路,为熔化极气体保护焊焊接过程质量控制奠定了基础.     

基于同轴图像传感的激光焊接过程质量监测技术

针对激光焊接过程中由于参数不匹配、装配误差等原因造成的焊接过程不稳定等焊接缺陷，基于同轴图像传感技术，建立起一套激光焊接过程中的质量在线监测系统，对焊接过程中的熔池图像进行了采集分析及其熔池特征信息的提取. 结果表明，在激光功率为1 500 W的不等厚不锈钢薄板激光焊接试验条件下，焊接过程中的不稳定、下塌缺陷以及焊偏现象与熔池形状各特征信息变化具有一定的相关性. 结合BP神经网络算法对所提特征信息进行分类、识别，基于LabVIEW软件平台，可实现相应缺陷的自动化识别及报警功能.     

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。     

长输管道全位置激光-电弧复合焊接技术

采用激光-电弧复合焊接技术开展管道的全位置激光-电弧复合焊接可行性研究．结果表明,激光-电弧复合焊接工艺能够适应管道环焊缝焊接的要求．在从0°～180°的焊接过程中,通过调整焊接参数,均能够获得成形良好的焊缝．金相观察表明,母材和焊材熔合良好;焊接接头中心区狭长,具有激光焊的特点;热影响区具有电弧焊的特点;金相组织不受位置影响．焊接接头的硬度接近母材,抗拉强度接近或超过母材;在无内部缺陷的情况下,弯曲试验和冲击试验结果满足现行标准要求．     

Microstructures and properties of laser/arc hybrid welds and autogenous laser welds in pipeline steels

Abstract

Lasers are capable of producing welds with deep penetration, low distortion and faster travel speeds, compared to arc welding. More recently, laser/arc hybrid welding processes have also been generating interest for industrial fabrication. In this paper, six carbon–manganese, mainly pipeline, steels were welded using both autogenous Nd:YAG laser welding, and Nd:YAG laser/MAG hybrid welding. The improvements in weld microstructures and weld metal toughness that are possible when using the hybrid process are described and illustrated. Laser/arc hybrid welding is shown to be a process that can generate good quality welds in commercially available pipeline steels. It also has the potential to complete girth welds in these steels with significantly fewer welding passes than are currently required for arc welded pipelines, reducing the joint completion time.     

Experimental and numerical investigation on combined girth welding of API X80 pipeline steel

Abstract

API X80 pipeline steel is widely used in natural gas and oil transportation. In this study, X80 pipeline steels with 18.4?mm thickness and 1219?mm diameter, made in China, were welded by a combined girth welding technology. Experimental results showed that microstructures in weld metal and coarse grain heat affected zone are mainly composed of coarsening bainite grains with dimensions of 20–50?μm, and Vickers hardness in weld seam is lowered by the seven-pass welding process. Simulated results illustrated that repeatedly thermal cycles imposed by the combined multipass girth welding process easily result in softened weld joints. The predicted microstructures, phase compositions and hardness in weld metal are in agreement with the measured ones. The results could be applied to optimise this combined girth welding process and improve the weld quality of API X80 pipeline steel and even higher grade pipeline steels.     

基于嵌入式DSP视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制

针对坡口加工及焊接变形等因素引起的焊缝坡口宽度不确定性变化影响焊缝成形的问题,建立了基于嵌入式DSP(digital signal processor)视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制系统.所设计的视觉伺服平台采用TMS320DM642实现焊接熔池区域图像的采集与处理,采用TMS320F2812实现焊枪位姿和焊接工艺参数的实时调整.设计了专门的图像处理算法,分离并提取熔池、焊缝和焊丝的位置信息.通过对焊缝坡口宽度变化的视觉检测,实时调节焊接速度、焊枪摆动宽度和中心位置等参数,获得了外观良好、X光检验合格的焊缝成形.     

激光-电弧复合焊技术在长输管道焊接中的研究进展

重点介绍了国内外管道激光焊接技术的发展,对不同类型激光器的激光-电弧复合焊技术在油气长输管道焊接上的研究进展和应用进行了详细回顾。结果表明,CO2激光器和闪光灯触发的Nd:YAG激光器由于传输方式和效能的不利因素,不适于油气管线长途作业,而高能Yb光纤激光技术推进了激光-电弧复合焊接技术在管道焊接现场应用的步伐;同时,对目前该技术在应用中存在的问题进行了总结分析;最后对激光-电弧复合焊技术在管道焊接上的应用前景进行了展望。激光-电弧复合焊技术已在试验室条件下成功焊接了管径1 219 mm、钝边高度8 mm的X80钢管,焊缝外观和焊缝力学性能均能满足长输管道焊缝合格标准要求,但后续为适用长输管道现场焊接,还需进行焊接工艺现场适应性试验。 创新点： 针对激光-电弧复合焊技术应用于管道焊接存在的共性问题进行分析总结,提出激光-电弧复合焊在现场应用的具体解决措施,为后续激光-电弧复合焊最终在现场应用提供可行的解决方案。     

焊接现场脉冲GTAW熔池图像动态检测

通过熔池的动态观测可以获得焊接过程的稳定性和连续性等信息.熔池的动态观测目前基本上停留在试验室阶段,焊接现场对熔池进行观测在改进工艺和指导生产等方面更具意义.针对焊接现场焊接电源不能修改,非计算机可控,电流电压波形未知等问题,在焊接现场建立了一套焊接熔池图像动态检测系统.根据焊接现场脉冲GTAW的特点,采用"外同步取像"方式确定了焊接现场取像的关键制约因素--取像时刻;并利用电弧光谱分析建立了减小弧光干扰的复合滤光系统;在适合的取像时刻,CCD摄像系统配合复合滤光系统,在焊接现场检测到了清晰的熔池图像.     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

High speed TIG–MAG hybrid arc welding of mild steel plate

A TIG–MAG hybrid arc welding process was proposed to achieve high speed welding. The influences of hybrid arc welding parameters on welding speed and weld appearance were studied through orthogonal experiment and the microstructures and mechanical properties of weld were tested and compared with that of the conventional MAG weld. The TIG–MAG hybrid arc welding speed could reach up to 3.5 m/min for bead-on-plate welding of 2.5 mm thick mild steel plate under the condition of high quality of weld appearance and 4.5 m/min for butt welding of 2 mm thick mild steel plate, respectively. The mechanical properties of hybrid arc weld were not lower than that of the conventional MAG weld. The assistant TIG arc could effectively stabilize the MAG welding current and MAG arc voltage in high speed TIG–MAG hybrid arc welding process. The stable hybridization obtained by balance between TIG and MAG welding current and proper wire-electrode distance was a key factor to stabilize the welding process.     

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.