灰度形态学提取焊接熔池图像边缘技术

在由CCD捕获的CO2焊接熔池图像中,存在着大量的点状噪声和线状噪声,要精确地检测出熔池图像的边缘比较困难.采用基于数学形态学理论中的灰度形态学数字图像处理技术,结合焊接熔池图像自身的特点,借助灰度图像二值化取阈值法中的矩量保持法确定结构元素值的大小,通过合理设计形态学滤波器形状和运算顺序,成功地提取出了焊接熔池图像的边缘,通过比较,新的图像处理算法的处理效果非常明显,对后续的焊接质量控制和焊缝跟踪工作提供了非常有用的熔池信息.     

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.     

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.     

脉冲熔化极气体保护焊熔池图像的检测与处理

利用CCD摄像机和复合滤光技术建立了一套熔池图像实时采集系统。利用光谱分析,提出了适合于脉冲熔化极气体保护焊(P-GMAW)熔池成像的滤光光谱窗口,并对中心波长分别为665nm和1064nm滤光系统的成像质量进行了分析。分析了P-GMAW单个脉冲内的不同时刻的熔池图像,研究表明脉冲基值结束期间为最佳的取像时刻。使用中心波长为665nm的滤光系统,从熔池正后方取像,获取了清晰的熔池图像。针对所获取的典型的P-GMAW熔池图像,详细研究了其成像机理。开发了一套熔池图像处理程序,利用该程序提取了完整的熔池轮廓。     

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。     

07MnCrMoVR钢熔化极气体保护焊焊接工艺

07MnCrMoVR钢是石化行业用于球罐制造的常用材料,对该材料采用熔化极气体保护焊工艺,结合球罐制造的设计条件,研究了焊接接头的常规力学性能、无塑性转变温度、断裂韧性及金相组织,试验取得了满意的效果.     

熔化极气体保护焊保护气体选择研究

系统总结了保护气体物理特性、混合种类与比例、气体流量等参数对熔化极气体保护焊焊缝外观与性能的影响。结果表明,保护气体对焊缝力学性能、化学组成和表面成型性有重要影响,正确选择保护气体种类、混合种类与比例和气体流量,对于熔化极气体保护焊至关重要。     

熔化极气体保护焊技术在钢筋焊接工程中的应用

我国工程建设中应用最广泛的钢筋混凝土结构中,钢筋焊接工序已成为施工网络的重要环节,简要介绍了采用时代集团公司生产的新型气体保护焊设备在国内率先开发研究成功的钢筋气体保护焊技术应用于实际工程中的基本内容。     

熔化极气体保护焊热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下熔化极气体保护焊热过程的数值分析模型.利用VisualFortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及自由表面的变形,并进行了对比试验.结果表明,达到宏观准稳态时所得的熔池宽度与深度与试验结果基本吻合.     

浅谈熔化极气体保护焊保护气体的选择

本文介绍了几种混合气体的特性，混合比及其应用，同时阐明了如何选用及配比混合气体等问题。     

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.     

Three-dimensional turbulent weld pool convection in gas metal arc welding process

Abstract

A three-dimensional model has been developed to study turbulent fluid flow and heat transfer in a gas metal arc weld pool. The phase change process during melting and solidification is modelled using the enthalpy–porosity technique. Mass and energy transports by droplet transfer are considered through a thermal analysis of the electrode. The droplet heat addition into the molten pool is considered to be in the form of a volumetric heat source distributed in an imaginary cylindrical cavity within the weld pool ('cavity' model). A two-equation k-ε model capable of addressing turbulent weld pool convection, taking into account the morphology of the phase change, is presented. The weld pool dynamics and geometry (shape and size) in a moving gas metal arc welding (GMAW) process are studied and the effects of enhanced diffusivities on the turbulent weld pool are discussed. The predicted weld pool geometry using laminar and turbulent models is also compared with corresponding experimental post-weld sections.     

熔化极气体保护焊的直接自适应控制

焊接电流和电弧长度是熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的主要状态变量,决定了熔滴的过渡过程、热量输入和焊缝成形.文中在分析GAMW焊接工艺过程的基础上,建立了焊接电流和电弧长度的数学模型,采用基于二次型性能指标的直接自适应控制算法,通过调节焊接电源输出电压和送丝速度的大小,使焊接电流和电弧长度能跟踪参考模型的输出.同时,针对实际应用中难以检测的电弧长度,建立了电弧长度估计模型,实现了对电弧长度的软测量.结果表明,该算法可以实现弧长和电流的精确控制.     

新型的气体保护熔化极电弧冷焊工艺

应用高效的气体保护熔化极电弧焊焊接铝合金薄板时,容易出现熔池下塌、烧穿等焊接缺陷.新型的气体保护熔化极电弧冷焊工艺通过控制负极性比率能够降低电弧输入熔池的热量,从而在保持高效焊接的基础上稳定焊接质量.介绍了新型的气体保护熔化极电弧冷焊工艺控制焊缝成形的效果,阐述了这种新型冷焊工艺的两种控制模式及电弧运动过程.     

一种采用数学形态学与主动轮廓模型的熔池边缘提取方法

随着焊接过程自动化和智能化的发展,焊接质量信息的提取越来越受到国内外学者们的关注,基于图像处理的边缘提取技术逐渐被广泛应用。根据GMAW焊飞溅大的特点,在分析传感系统获取的熔池图像特征的基础上,结合数学形态学和Chan-Vese模型主动轮廓方法,对熔池图像进行边缘提取实验。实验结果表明,与单纯的数学形态学方法相比较,新的方法可以实时地提取出更加清晰、完整的熔池边缘。     

GMAW短路过渡焊接熔池的视觉检测

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。     

双熔化极旁路电弧焊接方法研究

提出了一种新型的高效焊接方法一一双熔化极旁路耦合电弧焊接法,并介绍了其基本原理.通过大量的工艺实验.找出了DE-GMAW焊枪组合的匹配参数,设计了焊接电信号采集系统,采集焊接过程中电压与电流的信号波形,并获得了无成形缺陷的焊缝.解释了高效焊接工艺的机理.实验表明:双熔化极旁路电弧焊接在本质上属于电弧焊的改型,在保证焊接质量的前提下提高了熔敷率,可以有效提高焊接生产率.     

Dynamic model for electrode melting rate in gas metal arc welding process

Abstract

A model has been developed that correlates the anode temperature profile with the dynamic melting rate in gas metal arc welding. The components of this model are the electrode melting rate, the temperature dependent resistivity of the electrode, and the arc voltage. The differential equations describing the dynamic behaviour of the electrode extension were derived from the mass continuity and energy relations. The temperature of the electrode extension was determined by analysing conductive heat transfer and Joule heating effects. One­dimensional solutions for the temperature and heat content were used to obtain the dynamic melting rate equation. The purpose of the present paper is to provide quantitative analyses, concentrating on the thermal behaviour and the electrical characteristics of the arc welding system, to aid in achieving a fundamental understanding of the process, and to develop a dynamic model that can be used in adaptive control. The model is tested by comparison with experimental results.     

PCNN based image processing and feature extraction of dual-bypass gas metal arc weld pool

In manual welding process, skilled welders can adjust the welding parameters to ensure the weld quality through their observation of the weld pool surface. In order to acquire useful information of the weld pool for control of the welding process and realizing the automatic welding, the measurement system of DB-GMA W process was established and the weld pool image was obtained by passive vision. Then, three image processing algorithms, Sobel, Canny, and pulse coupled neural network （PCNN） were detailed and applied to extracting the edge of the DB-GMA weld pool. In addition, a scheme was proposed for calculating the length, maximum width and superficial area of the weld pool under different welding conditions. The compared results show that the PCNN algorithm can be used for extracting the edge of the weld pool and the obtained information is more useful and accurate. The calculated results coincide with the actual measurement well, which demonstrates that the proposed algorithm is effective, its imaging processing time is required only 20 ms, which can completely meet the requirement of real-time control.