基于视觉方法的焊接变形测量研究

针对焊接中的热变形测量的问题,提出基于视觉方法来进行检测的方案,并进行理论推算,证明了该方法的可行性。通过利用数码拍照为试验手段来代替视觉的方法,且对获得图像提出了基于MATLAB图片处理及测量的算法,对比得出焊接变形。结果表明:MATLAB算法提出的结果能和理论推导相符合,采用视觉测量方法能检测焊接变形。     

焊接变形测量方法研究进展

伴随焊接过程产生的焊接变形会对其尺寸精度、外部形状、装配精度、结构特性和使用性能造成显著影响,因而在焊中和焊后对变形进行测量对于了解材料的变形机理,改善焊接工艺,减少焊后应力和变形,提高焊件的承载能力有着重要的理论意义和工程价值。本文回顾了当前主要焊接变形测量手段,分析了各种测量方法的特点、适用性和局限性,重点讨论了近两年来本领域出现的新型光学方法,指出了焊接复杂变形测量中的关键问题和未来发展方向。     

基于复合视觉和形态学模糊检测的GMAW焊过程质量控制

视觉图像检测是实现GMAW焊接质量控制的重要步骤。针对焊接图像稳定性差、噪声大的特点,提出了一种基于复合视觉和形态学模糊检测的算法。该算法采用双CCD采集焊接视觉图像并使用数学形态学理论处理图像,通过将该图像检测算法应用于焊接动态过程中的熔池图像处理,结合闭环模糊PID控制理论,一套完整的GMAW焊过程质量控制系统得以实现。MAG焊工艺试验表明,该控制系统可以有效地克服焊接过程中的外界干扰,从而保证焊接质量的稳定。     

基于视觉的工业机器人自动焊接引导研究

通过构建视觉空间坐标进行视觉图像坐标系的转换,实现了视觉像素点在图像坐标系的重构,并对图像目标点在不同视觉空间中进行标定。研究了使图像增强的方法,并在此基础上对视觉图像进行了焊缝边缘检测、特征提取与匹配,实现了焊件图像有效数据的输出。对有效视觉数据进行提取,并驱动工业机器人及外围部件引导焊枪沿目标路径或目标焊件运动,从而实现了焊接视觉引导的自动化。     

焊接变形三维摄影测量技术的研究

结合焊接变形测量研究现状及其发展前景提出了一种基于摄影测量理论的非接触式测量方法.采用该方法对焊接变形进行了动态测量试验研究.结果表明,该方法可以很好的应用于焊接变形动态测量中,并且该方法还可以根据某一时刻备个点的位移值近似计算出整个焊件在此刻的变形云图.     

Q235钢闪光焊温度场有限元分析

为研究Q235钢闪光焊闪光阶段焊件温度场分布,建立了焊接过程中的热电耦合模型,计算过程中考虑了温度对材料相变和热物理特性的影响,得出焊接过程中温度随时间的变化规律,以及沿焊件轴向、径向上温度场的温度分布特点;并采用红外图像实时测温实验验证,结果表明:测量结果和计算结果大致相同。     

基于Simufact外拘束的Q345钢T形焊接仿真

为了提高焊接质量,简化焊条电弧焊焊接的实验过程,运用Simufact-Welding软件对Q345钢进行T形平焊仿真,对比分析采用不完全外拘束和完全外拘束两种焊接方法时焊件在焊接过程中和焊后焊缝处的变形和应力。结果表明,该仿真过程中,在其他参数不变的情况下,焊件不完全外拘束方法下焊缝处采样点的变形是非瞬态的,完全外拘束方法下焊件焊缝处采样点的变形是瞬态变形,完全外拘束方法下焊件焊缝处采样点的平均主拉应力和平均主压应力比不完全外拘束方法下进行焊接时普遍要显著。因此完全外拘束方法下焊件进行焊接时应采取合理的焊接方法,焊接时适当降低焊件的刚度,先焊收缩量大的焊缝,同时在焊件的适当部位进行局部预热。     

基于电磁力随焊控制残余应力和变形的可行性分析

提出了基于脉冲电磁力随焊控制焊接应力及变形新方法.针对平面螺旋线圈,采用ANSYS软件论证了该方法的可行性.该方法的基本思想是将电磁线圈置于焊件上方,并在焊接过程中使其始终处于靠近焊枪的合适位置.将线圈通入较大的脉冲电流,产生变化磁场,使焊件感生涡流,线圈和焊件之间产生电磁力的作用.依靠电磁力对热态焊缝及近缝区金属的延展作用控制残余应力及变形.结果表明,平面螺旋线圈轴向电磁力的方向垂直板面向下,能够延展高温金属.基于电磁力随焊控制焊接残余应力和变形是可行的.     

搅拌摩擦焊对接拼缝间隙特征的在线检测方法

针对航天大型军工产品的搅拌摩擦焊接过程对对接拼缝焊接检测与控制的工程需求,提出了一种激光和视觉图像相结合的在线检测方法,以解决拼缝间隙0.2 mm的在线检测难题。该方法可实现焊前拼缝间隙量和错边量的精确、快速检测以及焊中实际焊缝位置跟踪。介绍了测量原理及检测方法,并详细阐述了拼缝间隙特征的自动提取技术,即面向搅拌摩擦焊焊缝特征影像的图像处理和数据处理方法,包括感兴趣区域提取、激光条纹轮廓提取、亚像素激光条纹中心提取、拼缝间隙特征提取等;结合五轴加工中心对测量系统进行试验验证,并与影像仪测量结果进行了对比。     

焊接矫正工艺在生产中的应用

零部件焊接变形的矫正,通常采用热矫正和机械压力矫正的方法进行,但这两种方法都存在矫正精度不高的缺点。为探索一种矫正工艺简单,不损坏焊件,矫正量易于测量的矫正方法,对焊接矫正工艺进行了试验,并成功地用于生产,现介绍如下。     

Analysis of the criteria for evaluating the wetting capacity of materials in brazeability tests

The technique that can measure the transient welding deformation directly is very important for investigating the mechanism of welding deformation. In this study, an in-situ displacement measurement method using digital camera is self developed. This system is non-contact type and it does not need any complicated optical systems but it can measure the in situ displacement over the full field high accuracy using digital image correlation technique. Therefore, it is considered to be useful and easy to apply to practical problems. The number of measuring points that can be obtained at a time is more than 10 million. It is the same as the available pixels of the digital camera. Furthermore, since the active light source is not necessary in this system, the influence of the fluctuation of the atmosphere caused by the high temperature area is small. In this study, the detail of the proposed system is given and it is applied to the transient in-plane deformation problem under very high brightness lightened by welding arc. Through the comparison between the experiment and thermal elastic–plastic finite element analysis, the validity of the transient transverse shrinkage distribution which is measured by the proposed system is verified. The residual deformation is also investigated to check the accuracy and usefulness of the proposed system.     

一种基于图像质心的焊缝跟踪新方法

研究一种基于图像质心识别的电弧焊焊缝跟踪新方法。通过视觉传感器获取焊接区熔池图像，抽取图像质心坐标并构成状态向量，建立一种基于图像质心的状态方程和位置测量方程。在此基础上，应用卡尔曼滤波对图像质心位置进行状态估计，在时域中采取递推计算的方式得到最小均方差条件下的焊缝位置最佳预测值．从而消除过程噪声和测量噪声引起的焊缝位置测量偏差。计算机仿真和实际焊接试验结果显示该方法可有效地提高焊缝跟踪精度。     

基于固有应变法的地铁侧墙FSW焊接变形仿真

针对地铁列车铝合金地铁侧墙焊后变形问题,基于顺序热力耦合法和固有应变法,建立了完整的6005A-T6铝合金地铁侧墙搅拌摩擦焊有限元模型,并对其焊接变形进行仿真预测。首先,运用组合热源和顺序热力耦合方法,对侧墙局部结构进行三维热弹塑性有限元分析,提取结果并计算固有应变;然后采用固有应变法对全尺寸地铁铝合金侧墙模型进行弹塑性计算,获得地铁侧墙结构的焊接变形结果,并与实际测量值进行对比分析。结果表明,模拟计算得到的焊接变形趋势与实验结果相同,且模拟变形量与实验测量值之间的误差在20%以内,为地铁侧墙的实际生产提供了理论依据。     

电阻点焊中电极位移三段距离测量方法及试验验证

针对电阻点焊中传统的上电极运动测量方法和长臂工装测量方法中,因焊接过程中焊接热膨胀力引起的焊钳变形带来电极位移测量误差,提出了采用梯形关系和三段距离的电极位移测量方法,并对比分析了这两种测量方法的累计计算误差;然后针对误差较小的三段距离测量方法,通过设计倒F形工装,采用激光位移传感器和基于LabVIEW编程的嵌入式工控机数据采集系统等组成的电极位移试验监测和验证系统,用工艺试验进行验证.结果表明,三段距离测量方法具有准确性和可行性,由动态电极力引起的C形焊钳下电极的变形位移是不可忽略的电极位移值的组成部分.     

基于激光视觉的薄板焊缝跟踪方法研究北大核心

由于示教型焊接机器人在进行汽车薄板件连续焊工艺时存在装夹误差和热变形等问题,导致焊缝实际轨迹与示教轨迹存在较大误差。为提高焊接质量,基于焊接机器人构建激光视觉焊缝检测跟踪系统,提出基于目标估计准则的焊缝跟踪算法,实时跟踪焊缝中心点三维位置变化。以传统图像处理法提取初始帧焊缝特征点,通过改进的孪生神经网络对强干扰下的焊缝特征点进行跟踪提取。通过坐标转换得到机器人基坐标系下的焊缝中心特征点三维坐标。结果表明:该算法能精确提取跟踪焊缝特征点,平均误差为0.48 mm,平均帧率为90帧/s,优于传统图像处理方法和基于相关滤波的方法,能够实现快速准确的跟踪。     

Experience and prospects for the development of equipment for light beam welding,brazing, and heat treatment (review)

Displacement during welding provides important information to understand the mechanisms of welding deformation and residual stress. In particular, if welding deformation can be measured sequentially and the displacement distribution over full field can be measured such as the results obtained by finite element analysis, they can be valuable information. Therefore, in this study, a 3-dimensional (3D) deformation (in-plane and out-of-plane deformation) measurement method is developed using a digital camera, which requires no special equipment. This method is a non-contact method and it can sequentially measure over the entire photographed image. Furthermore, since image analysis is based on the technique of image matching, the method is applicable even when measuring deformation is large. In addition, since it is possible to use all pixels as measuring points, the number of available measuring points at one time is the same as the number of effective pixels of the camera. This is currently more than 15 million points, and the measuring precision is expected to increase as the camera pixel resolution continues to increase. Therefore, this method is expected to have future potential. In this study, the proposed method is applied to the sequential measurement of displacement under the strong lighting levels in arc welding. By comparing the time history of transverse shrinkage, longitudinal shrinkage and angular distortion with the results of FEM thermal elastic-plastic analysis, the qualitative validity of the proposed method is verified. To investigate the measurement precision and usefulness of the method, a 3D shape measurement system (LAT-3D) using a laser displacement gauge and digital caliper are used. The distributions of residual transverse shrinkage and residual angular distortion are measured by the proposed method, LAT-3D and digital caliper. Through the comparison of the results measured by these methods, quantitative validity of the proposed method is also verified.     

基于Halcon的电声器件焊点定位系统

为了解决在电声器件的自动化焊接过程中所存在的焊点定位精度不高,焊线偏离焊头等问题,介绍了一种基于视觉软件HALCON的焊点定位系统。该系统包含硬件设计、图像处理与运动控制三部分,首先将采集到的图像进行处理以提取图像焊点坐标,然后通过坐标标定将所得到的焊点坐标转换到运动平台坐标系中,最后配合运动控制器进行焊点定位。通过多次实验,验证了利用机器视觉技术可以实现电声器件漆包线引线点焊的精确定位。相对人工焊接方式,采用机器视觉技术后自动焊接效率高,焊接质量良好,其重复定位精度可以达到0.016 mm。     

基于改进模糊聚类和最大信息系数的数控机床温度测点选取北大核心

在加工过程中,机床会因热变形而产生误差,这将严重影响加工精度。减少加工过程的热误差是提高加工精度的有效途径,而确定关键温度测点不仅能提高计算效率,还可避免温度数据间复共线性问题,提高热误差模型的预测精度。提出基于改进模糊聚类和最大信息系数(MIC)的温度测点选择方法,通过改进模糊聚类对温度测点进行分类;根据MIC方法选择每类温度数据中的关键温度测点;使用BP神经网络对热误差进行建模。结果表明:与传统温度测点选择方法相比,利用所提方法改进的热误差模型精度更高。     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

典型飞机构件焊接数值模拟系统研制

针对典型飞机焊接构件,研制焊接热过程、应力应变以及变形的模拟系统.提出并利用面向网格划分的数据抽象造型方法,实现模拟过程的自动化.解决一般有限元软件模拟飞机构件焊接温度场和应力/应变场过程中操作繁琐的问题.系统采用面向对象方法设计.利用文中系统,用户只需输入构件模型几何参数,网格尺寸、热源参数、装夹位置和焊接顺序.这些参数经过系统核心类计算,生成温度和应力/应变模拟的自动化信息.自动化信息由系统转化为Marc的命令流文件,自动被导入到后台运行的Marc中计算,并对结果分析,实现对典型飞机构件焊接温度、应力/应变以及变形预测和分析.