基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法

通过对管道全位置熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池图像的研究分析,发现并验证了其根焊熔池图像尖端与焊缝坡口中心位置重合的现象,依据此规律性特征,提出了一种基于熔池图像尖端信息的焊接偏差测定方法.该方法的基本原理是,在对焊接过程熔池CCD图像进行中值滤波、小波变换、连通区域分割等图像处理后,以搜索算法测得的根焊熔池图像尖端位置信息作为焊缝坡口中心位置的坐标值,此值与焊丝中心坐标值之差即为焊接偏差量.试验证明,此方法能从根焊熔池图像中实时测定焊接偏差量,为实现机器人自动焊缝跟踪控制提供了可靠依据.     

GMAW根部间隙及焊枪对中信息的视觉检测

焊缝跟踪是焊接质量控制的一个重要内容。采用普通CCD摄像机配合窄带复合滤光器,拍摄出了GMAW根部间隙图像,根据对图像中根部间隙的特征分析,设计了图像处理算法,提取出了根部间隙边缘,获得了根部间隙的大小和焊枪对中信息,为下一步实现GMAW的焊缝跟踪奠定了基础。     

GMAW管道打底焊视觉监控系统研究

针对熔化极气体保护焊(GMAW)打底焊特点,利用CCD相机和复合滤光技术组成的光学系统,实时获取焊接图像,采用熔池检测、焊丝提取和焊缝跟踪算法,实时处理焊接图像,获取精确的焊缝边缘位置和焊缝宽度完成焊接,统计焊丝中心位置,并计算该位置与焊缝中心位置偏差,控制微调电机,完成焊丝中心纠偏.开发了一套完整的视觉监控系统,实验结果表明,系统能很好地完成GMAW管道打底焊.     

水下高压干式环境下压力及焊接参数对GMAW焊缝成形的影响

开展水下高压干法焊接试验研究,在焊接过程相对稳定的情况下,以环境压力、焊接电流、保护气成分、焊丝伸出长度为变量,探索其对于焊缝截面成形的影响规律. 采用正交试验方法,通过试验确定了焊缝熔深、熔宽及余高随上述变量的变化规律. 结果表明,随着环境压力增大,焊接飞溅增多,熔深增加,熔宽减小,余高增高;高压环境下,随着焊接电流增大,熔宽没有明显变化,熔深增加,余高略有增加;随着保护气中CO₂比例的增加,熔深减小,熔宽增加,余高变化不明显;随着焊丝伸出长度增加,熔深减小,熔宽增加,余高增加.     

基于摆动激光扫描的GMAW焊缝成形调控

将摆动激光与GMAW工艺复合,利用“8”字形摆动激光扫描液态熔池,对其温度场和流场进行调控,以改变熔池温度梯度,主动调控熔池流动以改善焊缝成形.在6061铝合金板材表面进行堆焊试验,重点探究了光丝间距、摆动幅度、激光功率对于焊缝成形的影响,采用高速摄像机拍摄激光扫描熔池过程.结果表明,摆动激光扫描可以有效抑制成形缺陷的发生,当摆动激光扫描熔池中部时可以获得最佳的焊缝成形效果.摆动激光扫描降低了熔池温度梯度分布,同时激光扫描产生的激光蒸发反力可以驱动熔池流动,促进了液态熔池的流动铺展,从而有效抑制了不规则焊缝成形缺陷,减少焊缝内部气孔和裂纹缺陷.调节摆动激光摆幅可以在一定范围内对焊缝宽度进行调控.     

药芯焊丝熔化极CO2气体保护焊焊接不锈钢复合板的工艺研究

常规复合板焊接中的过渡层、面层均采用焊条电弧焊(SMAW)焊接,生产效率低、工人劳动强度大,焊接质量受焊工的技术水平影响很大.不锈钢药芯焊丝CO2气保护焊(FCAW)具有生产效率高、电弧燃烧稳定、焊接飞溅小、工艺性能良好、质量高、易操作、综合成本低等优点,通过焊接工艺评定试验,确定了不锈钢药芯焊丝CO2气保护焊的焊接性,并经理化试验验证了焊缝的力学性能.     

脉冲熔化极气体保护焊熔池的视觉传感与实时控制

研究对脉冲熔化极气体保护焊（GMAW）熔池过程采用视觉传感与实时控制方法的可行性问题。由于GMAW过程的熔滴过渡现象的复杂性，尝试模拟焊工通过观察熔池变化等因素来调整焊接参数获取满意的焊缝成形的行为。建立了脉冲GMAW过程熔池视觉传感系统，宏观上将熔滴过渡对熔池特征的影响作为黑箱过程处理，根据脉冲GMAW弧光光谱分布和熔池图像特征提取，实现对脉冲GMAW熔池动态过程的实时检测。采用辨识算法建立焊接动态过程的数学模型，进而设计脉冲GMAW熔宽的PID控制器，实现对脉冲GMAW熔池宽度的实时控制。试验表明，建立的视觉传感系统、图像处理算法以及控制器设计检测与控制熔池变化在一定程度上的能够满足脉冲GMAW焊缝宽度的实时性与精度要求。     

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.     

电弧焊接焊缝偏差方法研究

焊缝跟踪技术是自动电弧焊接的一个重要研究领域,实现精确的焊缝跟踪对于提高焊接质量具有非常重要的作用。而要实现精确的焊缝跟踪,焊缝偏差(即焊缝中心与电弧的偏差)检测技术是一个关键。通过图像处理技术,选取熔池图像处理区域(包括熔池前端与熔池前端部份焊缝),并将熔池图像质心作为分析焊缝偏差的特性参量,研究利用熔池特性参数来建立焊缝偏差测量视觉模型的方法。     

聚酯反应器熔化极气体保护焊接

MAG焊因其高效受到焊接界的青睐，但因飞溅大和形差有其引起机械性能下降等原因，在压力容器焊接上一直受到限制。随着国内外MAG焊设备、工艺和焊接材料的技术进步，这一局面正在得到改观。介绍了聚酯反应器夹套封头／端盖焊接上采用MAG焊的一些情况，着重介绍了如何从焊接工艺、焊接设备、焊接材料方面解决飞溅和成形问题。     

Welding deviation detection method based on weld pool image contour features

Automatic on-line detection of welding deviation based on machine vision is one of the key technologies of arc welding robot tracking welding,in which obtaining high quality weld pool image and accurate welding deviation detection algorithm are two important steps of tracking welding.Through the research and analysis of the weld pool image of gas metal arc welding(GMAW),it was found that the weld pool contains abundant welding information.First,the average gray value of the weld pool image can reflect the interference degree of arc to weld pool image and the heat input of welding process.Secondly,the tip of the weld pool image contour can reflect the center of the groove gap.Finally,the horizontal distance between the center coordinate of the wire contour and the tip coordinate of the weld pool image contour can reflect the welding deviation.On the basis of analyzing the characteristics of weld pool image,this paper proposes a new method of weld seam deviation detection,which includes the collection of weld pool image,image preprocessing,contour extraction and deviation calculation.The results of the tests and analyses showed that the maximum error of the on-line welding deviation obtained was about 2 pixels(0.17 mm) when the welding speed was ≤60 cm/min,and the algorithm was stable enough to meet the requirements of real-time deviation detection for I-groove butt welding.The method can be applied to the on-line automatic welding deviation detection of arc welding robot.     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.     

基于逐点积分的点焊焊接电流检测

逐点积分法是一种没有原理误差的点焊焊接电流检测方法,文中对逐点积分的原理和计算进行了阐述,并介绍了一种快速的开平方算法,该算法可以使得CPU在焊接变压器的移相角内完成开平方计算.同时,进行了点焊焊接电流方式的选择,积分电路和系统电路的设计.     

基于轮廓法测试惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法测试小尺寸镍基高温合金惯性摩擦焊接头的内部环向应力、中等尺寸惯性摩擦焊接头内部环向和轴向应力;分析惯性摩擦焊接头内部环向和轴向残余应力分布特征. 结果表明,轮廓法能测试小尺寸及窄小焊缝试件的内部残余应力,能反映出窄小焊缝内部的大梯度焊接残余应力全貌;惯性摩擦焊接头的环向应力沿轴向变化剧烈,沿环向分布均匀,沿厚度分布不均匀;焊缝中心位置外表层区域环向应力小于内表层区域环向应力;焊缝中心外表面轴向应力为压应力,而内表面轴向应力为拉应力,且轴向应力沿厚度呈线性变化.     

双线激光传感焊枪定位与焊缝走向识别

为实现焊接机器人焊枪定位与焊缝走向识别,提高焊缝跟踪精度,提出了一种交叉式双条纹激光传感方式,建立了该传感方式下双条纹激光间距与焊枪高度关系的理论模型.按图像行上灰度值和的一阶导数提取感兴趣区域(region of interest, ROI)、最大类间方差阈值分割及Canny边界提取等处理后,获得了上下激光条纹中心间距离及坡口中心值,由理论模型计算得焊枪高度,上下坡口中心值获得焊缝精确偏差与焊缝轨迹走向.结果表明,建立的理论模型正确,该方法可快速实现焊枪准确定位,识别焊缝轨迹走向,减小导前误差,提高偏差识别精度和焊接机器人智能化程度.     

旋转电弧传感器焊枪偏差信息识别方法

焊枪偏差信息识别是实现焊缝跟踪的必要条件,考虑到焊接电流信号易受外界噪声的干扰,采用软阈值小波滤波方法对旋转电弧传感器采集到的电流信号进行滤波处理,使电流波形得到了明显的改善,提高了电流信号的信噪比.为了更加准确地得到焊枪偏离焊缝的信息,提出了模糊聚类和神经网络焊枪偏差识别算法,并且分别采用左右积分法、特征谐波法、模糊聚类法和神经网络法进行焊枪偏差识别,最后对四种识别方法检测到的偏差进行融合,获得焊枪偏离焊缝的信息.结果表明,该方法可以提高偏差识别的精确度和可靠性.     

基于旋转电弧传感的焊缝偏差信息提取方法

介绍了旋转电弧传感器焊缝偏差信息提取的基本原理.为减小熔池扰动对焊接电流的影响,提出了"四分圆周采样法",并分析了这种采样方法的实现过程;提出一种新的CO2焊接电流信号处理方法——"双模拟滤波+指数平滑数字滤波".分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息.结果表明,基于"四分圆周采样法"和"双模拟滤波+指数平滑数字滤波"的焊缝偏差信息提取方法的焊缝偏差计算结果可以用于焊缝跟踪.     

基于弧压反馈的薄板GTAW智能熔透控制

以轨道交通高速高铁司机室铝合金外板为载体,围绕智能焊接关键技术,针对焊接缺陷在线监测问题开展研究. 借助工艺试验平台与焊接工艺卡开展焊接缺陷试验设计、批量数据采集、专家经验标定、数据库构建,采用卷积神经网络算法对不同类型数据构建多维信息融合模型,并对融合模型进行参数优化处理,最终完成融合模型的训练、验证和测试. 结果表明,训练后的融合模型比单一信息模型对焊接缺陷具有较好的识别结果,训练集和测试集的焊接缺陷监测精度分别为99.0%和88.3%,此监测系统的数据采集和模型响应总时间小于100 ms,能够满足工程化应用需求,提高机器人焊接的智能化水平,推动企业数字化转型升级.

     

基于特征点测量的径向摩擦焊接温度场分布

介绍了半自然热电偶法测温原理,并对所选用的半自然热电偶进行了标定,线性度良好.采用自主研发的径向摩擦焊机进行径向摩擦焊接工艺试验.以摩擦焊接过程特点为依据,选择恰当的测温仪和热电偶.采用半自然热电偶对径向摩擦焊接过程中摩擦界面中心点温度进行了全过程测量;采用K型热电偶对管体侧距界面中线点纵向距离为1,2,3,6 mm的位置进行了温度测量.摩擦界面升温迅速,存在明显的温度恒定即稳定摩擦阶段.随着距摩擦界面纵向距离的增加,升温速率逐渐降低,升温时间逐渐增长.焊接过程结束后,温度逐渐趋于均匀化.     

Internal residual stress measurement on linear friction welding of titanium alloy plates with contour method

The internal residual stress within a TC17 titanium alloy joint welded by linear friction welding (LFW) was measured by the contour method, which is a relatively new and destructive technique to obtain a full map of internal residual stress. The specimen was first cut into two parts; the out-of-plane displacement contour formed by the release of the residual stress was then measured; finally, taking the measured contour of the cut plane as the boundary conditions, a linear elastic finite element analysis was carried out to calculate the corresponding distribution of residual stress normal to the cut plane. The internal stress distribution of the TC17 titanium alloy LFW joint was also analyzed. The results show that the tensile residual stress in the TC17 LFW weld is mainly present within a region about 12 mm from the weld centerline; the peak tensile residual stress occurs at the weld centerline and reaches 360 MPa (about one third of the yield strength of TC17 alloy); within the weld zone of the TC17 LFW weld, the through-thickness stress is not uniform, and the internal stress is larger than that near the top or bottom surface.