大功率盘形激光焊多特征参数同步检测

以大功率盘形激光焊接304不锈钢为研究对象,分别使用近红外波段高速摄像机、紫外波段和可见光波段高速摄像机同时摄取焊接过程匙孔、金属蒸汽和飞溅瞬态图像。定义匙孔、金属蒸汽以及飞溅为焊接过程特征参数,并将其动态特征作为神经网络的输入参数,以焊缝宽度作为衡量焊接状态的参数和神经网络的输出参数,建立多特征参数同步采集的盘形激光焊接过程检测模型。与单一特征参数检测试验对比发现,多特征参数同步检测方法能够更好地反映大功率盘形激光焊接状态。     

大功率盘形激光焊匙孔特征提取

在大功率盘形激光焊接过程中,匙孔形态与焊接质量之间有直接的关系。研究匙孔形态特征表征方法,对实时分析激光焊接质量具有重要意义。以10 kW大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外高速摄像机摄取熔池动态热像,通过图像处理分割出匙孔。研究匙孔图像轮廓的链码特征,并且用链码统计概率描述匙孔轮廓特征,同时定义和提取包括匙孔面积、周长、质心、最前端点坐标、形状因子等匙孔特征。试验结果表明,所提出的方法能有效描述和分析匙孔的形态。     

大功率光纤激光焊匙孔形态频域分析

匙孔是激光焊接熔池形态的一个重要特征,与焊接的质量和焊接的状态有着密切的关系。本文以10kW大功率光纤激光焊接304不锈钢板为试验对象,应用近红外高速摄像机摄取焊接过程中的熔池图像,以匙孔面积和匙孔宽度作为匙孔形态特征参数,激光束与焊缝中心的偏差来反映焊接的稳定性。在频域内运用高斯高通滤波、高频加强滤波、灰度阈值分割、Canny边缘检测等方法获取匙孔特征参数。通过分析匙孔特征参数的变化,发现匙孔形态与焊接状态之间存在联系。试验结果表明,匙孔面积和匙孔宽度参数可有效反映大功率光纤激光焊接过程的稳定性。     

激光焊接状态图像灰度共生矩阵分析法

在激光焊接过程中,金属蒸气和飞溅蕴含着丰富的焊接状态信息.以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取焊接过程中金属蒸气和飞溅瞬态图像.分析图像区域纹理二阶统计特征——灰度共生矩阵,并用ASM（angular second moment）能量、惯性矩、熵和自相关性描述灰度共生矩阵,分析灰度共生矩阵与焊缝成形之间的关系,同时提取飞溅数量和面积、金属蒸气质心方位和金属蒸气高度等特征,建立BP（back propagation）神经网络模型,预测焊缝成形.结果表明,所分析方法能够有效反映金属蒸气、飞溅与焊接状态之间的关联,为在线监测大功率盘形激光焊接质量提供依据.     

大功率盘形激光焊接过程等离子体图像特征分析

研究一种基于等离子体图像特征的大功率盘形激光深熔焊质量分析及检测的新方法．以大功率盘形激光焊接Type 304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过图像处理技术提取等离子体的面积和高度特征．以熔宽作为衡量焊接过程稳定性的因素,对比焊接过程中等离子体图像和焊接试件的熔宽变化,研究相邻等离子体...     

大功率盘形激光焊光致等离子体特征提取

激光致等离子体是激光焊接过程中的一个重要现象,与焊接的稳定性、焊接质量以及能量利用率等都有着密切的关系。本文研究一种利用计算机图像处理技术提取等离子体图像特征的新方法。以大功率盘形激光焊接Type304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过计算机图像处理技术提取等离子体图像的面积、高度和摆角特征参量。试验结果表明,所提出的方法能够准确有效的提取大功率盘形激光焊接光致等离子体的特征信息。     

基于阴影的激光深熔焊熔池形态分析

熔池形态特别是熔池体积使用现有测量手段难以直接进行测量.采用大功率盘形激光对304型不锈钢厚板进行平板堆焊,通过外加辅助强红外激光光源投射熔池阴影,采用高速摄像机加装组合滤光片摄取清晰地熔池及其阴影动态图像,提取焊接过程中熔池投射阴影的面积变化,并进行一元线性回归和相关性分析.结果表明,熔池的阴影面积变化与焊接质量存在正相关性,为焊接质量检测提供了新方法.     

激光焊熔池红外辐射特征支持向量机回归分析

大功率光纤激光焊接过程中,熔池红外辐射蕴含着丰富的焊接质量信息。以大功率光纤激光对接焊304不锈钢板为试验对象,运用近红外高速摄像机获取焊接熔池动态热像。定义并提取熔池宽度、匙孔面积、匙孔周长和匙孔质心横、纵坐标,作为熔池特征参数,运用支持向量机建立熔池特征参数和焊缝宽度的回归模型,并通过网格寻优和粒子群算法优化支持向量机参数。试验表明,所建立的支持向量回归机能够较好地融合熔池特征,预测焊缝宽度,从而为自动监控大功率光纤激光焊接质量提供试验依据。     

大功率光纤激光焊熔池形态及焊接稳定性分析

在大功率光纤激光焊接过程中,熔池热辐射含有丰富的焊接质量信息,熔池形态及其变化特征与焊接稳定性密切相关.研究一种基于红外热像的大功率光纤激光深熔焊熔池形态分析及焊缝质量稳定性评价的方法.以10 kW大功率光纤连续激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外传感高速摄像机摄取熔池动态热像,通过动态自动阈值和数学形态学方法重...     

大功率光纤激光焊焊缝偏差检测方法

在大功率激光焊接过程中,准确提取焊缝偏差是实现焊缝跟踪和保证焊接质量的前提。本文以10kW大功率光纤激光焊接304不锈钢板为试验对象,采用近红外高速摄像机获取焊接区域熔池动态热像,以匙孔最下端、最左端和最右端位置处的列坐标为匙孔形变参数,运用中值滤波、灰度拉伸、阈值分割、边缘提取等图像处理和识别算法,获取激光束偏离和对中焊缝时的匙孔形变参数,进而求得焊缝偏差。试验结果表明,熔池匙孔形变参数与焊缝偏差之间有密切关系。     

金属蒸汽和飞溅图像特征分类的大功率盘形激光焊稳定性分析

采用对金属蒸汽图像特征进行分类的方法来评估焊接过程的稳定性。使用高速摄像机实时获取大功率盘形激光焊接过程中金属蒸汽和飞溅图像,定义并提取飞溅面积和个数、飞溅灰度图像平均灰度和熵、金属蒸汽质心与焊接点的坐标比以及金属蒸汽质心的极坐标（矢径和极角）等7个金属蒸汽和飞溅特征。为实现降维,使用Karhunen-Loeve变换法将7维特征向量转换为3维特征向量,同时使用K近邻法将图像分成焊接质量较好与较差两类。实验结果表明,金属蒸汽及飞溅与焊接稳定性有密切的联系,使用K近邻法对Karhunen-Loeve变换后的图像进行分类可以获得较好的效果,实现焊接状况的评估。     

焊缝偏差RBF神经网络预测算法

以10 kW大功率光纤激光焊接304奥氏体不锈钢板为试验对象,研究一种焊缝偏差预测算法.利用红外摄像机摄取焊接过程中的熔池红外图像,提取匙孔质心、匙孔形状参数和热堆积效应参数等反映激光束与焊缝位置偏差的特征量作为径向基函数RBF神经网络预测模型的输入量,建立焊缝偏差RBF神经网络预测模型.选择焊缝偏差特征量作为训练样本并对预测模型进行训练,建立焊缝偏差预测模型.结果表明,该模型能够对大功率光纤激光焊接过程中的激光束与焊缝位置之间的偏差进行有效预测.     

激光焊接不锈钢微间隙焊缝偏差小波变换检测法

针对大功率(激光功率10 kW)光纤激光焊接304不锈钢间隙小于0.1 mm的紧密对接焊缝,研究一种基于小波变换的焊缝偏差检测方法. 为了分析焊缝偏差特征细节,采用红外传感高速摄像机摄取焊接区域熔池红外热像,利用小波函数对熔池图像感兴趣区域进行多尺度分解. 定义小波变换后的高频分量极值的横坐标作为匙孔形变参数,以匙孔形变参数作为特征值,分析特征值和焊缝偏差之间的关系. 结果表明,匙孔形变参数与焊缝偏差之间存在密切关联,能有效判断和检测焊缝偏差.     

盘型激光焊接状态多传感信息融合分析

针对大功率盘型激光焊接状态,研究一种基于支持向量机的多传感信息融合分析方法. 使用紫外、可视和红外波段的两个高速摄像机同时获取激光焊接过程中金属蒸气、飞溅和熔池动态图像. 通过模式识别技术提取焊接过程多传感信息特征及进行数据主成分特征分析,并以焊缝宽度变化作为衡量焊接状态稳定性的参数. 运用支持向量机融合各特征,通过网格搜索和粒子群算法优化支持向量机参数,建立基于支持向量机的多传感信息融合模型. 结果表明,支持向量机多传感信息融合方法能够有效预测焊缝宽度变化趋势,为大功率盘型激光焊接状态的实时监控提供试验依据.     

大功率光纤激光焊接熔池特征提取技术研究

本文针对大功率光纤激光焊接不锈钢板紧密对接焊缝,建立了一个熔池动态信息的近红外图像检测系统,用于焊接熔池视觉信息的采集。应用可见光波和红外光波段滤光组合技术解决了焊接过程中飞溅、等离子体和红外辐射的干扰,在近红外高速摄像机获取清晰的熔池区域图像的基础上,研究了大功率光纤激光焊接熔池图像特征的提取方法,为焊缝跟踪和焊接质量控制提供可靠的视觉信息检测。     

热输入对2219铝合金激光镜像焊接匙孔动态特征的影响

针对2219铝合金激光镜像焊接过程,建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型,对匙孔动态特征进行定量求解与分析.结果表明在激光镜像焊接过程中,两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动.匙孔耦合前,两侧匙孔横截面面积差异较小,最多相差仅0.35 mm²;匙孔耦合后,匙孔横截面面积持续增加,并于120 ms后在一定范围内波动.热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大,并提高匙孔稳定性,其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大,焊接速度对匙孔开口面积影响较大,基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.     

激光焊接偏差识别的神经网络模型试验研究

激光焊接偏差识别是保证激光焊接质量的关键技术,本文研究一种用于识别激光束与焊缝位置偏差的BP神经网络模型。在大功率光纤激光焊接试验条件下,利用高速红外摄像机摄取焊接区域熔池图像,分析激光束与焊缝对中及偏离所对应的红外辐射瞬态特征。通过图像处理增强熔池图像,计算熔池特征参数（熔池匙孔特征参数、匙孔质心值、热堆积效应参数）以及相对应的焊缝与激光束之间的偏差值,将其输入所设计的神经网络进行网络权值参数的训练,建立基于BP神经网络且具有一定环境适应能力的焊缝偏差模型。试验结果表明,该模型能够反映熔池特征参数与焊缝偏差之间的规律,可实现较精确的焊缝偏差识别。     

30 kW光纤激光焊接铝合金离焦量对匙孔行为的影响

针对30 kW光纤激光焊接铝合金焊缝成形差的问题,采用高速摄像拍摄焊接过程中的熔池及匙孔图像,对比研究了不同离焦量对匙孔行为的影响。结果表明,离焦量对匙孔及熔池行为的影响较大;正离焦时,匙孔开口面积的波动程度较为剧烈,匙孔后壁易形成向上涌起的液柱,并伴随有大量飞溅的产生,匙孔开口面积的大幅度突变和液柱的回落过程会对液态熔池的稳定流动产生较大干扰,使焊缝表面出现凹陷和咬边等缺陷;负离焦时,匙孔开口面积在波动幅度和突变持续时间上均较小,-20 mm离焦量时,匙孔突变的扩大-收缩持续时间仅为正离焦量的1/3,且液态金属上涌形成液柱的趋势也较小,焊接过程更稳定,焊缝表面成形的质量得到了明显改善,单道激光焊缝熔深可达29 mm。     

激光焊接不锈钢微间隙焊缝偏差角点检测法

针对大功率(10 kW)光纤激光焊接304不锈钢紧密对接微间隙焊缝(焊缝间隙小于0.1 mm),通过高速像机摄取熔池近红外热像并分析其特征,分析和处理熔池热像特征,提取激光束偏离焊缝位置的信息,探索激光束与焊缝偏差的信息表征.利用激光深熔焊的匙孔效应,研究焊缝在固态与液态交界处不稳定边缘特征点,提出一种角点检测法实现微间隙焊缝偏差的检测.结果表明,熔池红外热像角点密集分布中心与焊缝偏差有密切的关系,通过角点分布密度可以有效判断焊缝偏差状态.     

匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致，对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征，研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明，随着焊接速度的提高，沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大，匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小.该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化：底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束，狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失；羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失，但飞溅数量逐渐增多，焊缝表面成形则逐渐恶化.进一步分析表明，匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因；提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响，但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.