基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取方法

轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征,在焊接质量在线监测中起着重要作用. 文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert gas welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统,采集了高质量的熔池图像. 针对TIG焊不锈钢熔池图像中弱边缘检测的难点提出了一种基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取算法(operator template matching based on edge direction guidance, OTM-EDG),算法中首先基于非线性灰度变换方法增强弱边缘. 之后利用4个方向的Sobel算子与熔池图像进行卷积操作来判断后端弱边缘的方向并计算梯度图. 最后对梯度图进行边缘连接操作以及基于数学形态学的边缘平滑操作,得到需要提取的熔池轮廓. 结果表明,文中算法能够提取到封闭完整且定位准确的TIG焊不锈钢熔池轮廓. 在实际焊接环境中具有较高的鲁棒性,有效解决了熔池区域弱边缘难以准确检测的问题.     

连续电流TIG焊熔池图像的低成本自动化检测

改进了普通CCD摄像机镜头，使物距、放大倍数的调节范围进一步扩大。通过试验和统计的方法，调整物距、光圈、快门等光学参数，增大景深，提高对比度，拍摄出了分辨率较高的熔池图像。对大量的焊接熔池图像进行了分析，根据图像的特点，设计出了不需要滤波的图像边缘检测算法，检测出了连续电流TIG焊接熔池的整个边缘。与激光频闪视觉检测仪拍摄的熔池图像进行了对比，结果表明该低成本自动化检测装置所拍摄的熔池图像也达到了较高的清晰度与对比度。     

TIG焊视觉图像的二值形态学分析

由于外部干扰小,用CCD采集的TIG焊熔池区图像很清晰,因此可以对该图像进行二值化处理。进而采用二值形态学方法分析了膨胀、腐蚀和开、闭四种基本运算的图像处理效果,并在此基础上从图像的预处理到边缘检测,做了更加深入的研究。由此,设计出了一套具有阈值自适应功能的二值形态学算法。试验结果表明,采用二值形态学对TIG焊视觉图像进行图像处理和特征提取,可以取得很好的效果,对后续的焊接质量控制和焊缝跟踪工作可以提供非常有用的熔池和焊缝信息。     

焊接检验及其设备

TIG焊快速制造堆焊质量视觉检测系统 介绍了TIG焊快速制造堆焊质量视觉检测系统结构,提出对TIG焊快速制造过程中熔池邻区焊缝宽度进行检测,通过对实时焊缝图像的处理,获取焊缝的宽度信息,并建立对应于空间坐标位置的焊缝宽度采样数据库,通过数据比较,检测出全方位的焊缝宽度变化情况,从而判断TIG焊快速制造堆焊质量。图7参5     

铝合金TIG焊熔池正面图像模式识别

将图像处理与模式识别技术用于铝合金TIG焊接过程信息提取过程，根据铝合金熔池图像随机噪声强的特点，采用加权中值滤波，统计灰度边缘检测、统计期望阈值法和投影方法对铝合金熔池图像进行了预处理。探索了将神经网络用于焊接熔池图像处理的方法，采用BP神经网络对二值化熔池图像进行边缘提取，取得了理想的效果。研究了大电流条件下铝合金熔池图像的对称性，通过单面图像，得到了完全的熔池边缘图像。     

TIG焊快速制造堆焊质量视觉检测系统

介绍了TIG焊快速制造堆焊质量视觉检测系统结构,提出对TIG焊快速制造过程中熔池邻区焊缝宽度进行检测,通过对实时焊缝图像的处理,获取焊缝的宽度信息,并建立对应于空间坐标位王的焊缝宽度采样数据库,通过数据比较,检测出全方位的焊缝宽度变化情况,从而判断TIG焊快速制造堆焊质量.     

CO2焊熔池图像的Bubble小波零交叉边缘检测

在用CCD捕获的CO2焊熔池图像中存在大量的弧光噪声和飞溅形成的点噪声，要准确地检测熔池图像的边缘较为困难。首先采用中值滤波和乘法运算对CO2焊图像进行降噪处理。基于零交叉边缘检测方法和多孔算法，研究了熔池边缘的Bubble小波检测方法及算法实现，对比分析了不同小波尺度对边缘检测结果的影响。试验结果表明，用Bubble函数构造的小波基对提取熔池边缘效果较好，为熔深控制、焊缝跟踪等奠定了坚实的基础。     

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.     

TIG焊接熔池几何参数的检测

根据可见光至红外光的波段上,电弧光连续谱强度随波长增大逐渐降低,而熔池的自身热辐射随波长增大而逐步增强这一特点设计出窄带复合滤光系统,配合普通的工业摄像机拍摄出了比较清晰的TIG焊熔池的视频图像。为满足生产需要,TIG焊焊接速度比较快,因此熔池处于不断流动状态,熔池区的灰度值不断变化。针对这一特点,采用帧差法等图像处理方法将熔池提取出来,并进一步检测出了熔池的最大宽度、长度、面积等重要几何参数。对熔池几何参数的获取和分析为下一步对焊接质量监测做了准备。     

不同驱动力对熔池表面变形行为影响的数值模拟

基于流体动力学方程，采用焓-孔隙度法来处理液-固相变，采用VOF方法追踪熔池自由表面变形，建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型，求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速度场的分布.模拟结果表明，在大电流（I≥250 A）时，在浮力、表面张力温度系数为正时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形，在电弧压力、表面张力温度系数为负时的Marangoni力单独作用下，熔池上表面将会产生凹陷变形.在大电流下，TIG焊和活性TIG焊熔池均产生凹陷变形.TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流，边缘部位形成向外的涡流，而活性TIG熔池在熔池中心和熔池边缘则分别形成两种成因不同的内向涡流.熔池表面变形量并不是各个驱动力作用的简单叠加.