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。     

激光焊匙孔与飞溅形态分析方法

在大功率盘形激光焊接过程中,匙孔与飞溅形态和焊接质量以及焊接过程稳定性有密切联系。以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外波段高速摄像机摄取焊接过程中熔池动态热像,紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取飞溅瞬态图像。通过计算机图像处理技术分析飞溅数量、面积与匙孔面积、质心特征参量,并与焊缝宽度的变化对比,探索匙孔与飞溅形态的波动规律。试验结果表明,匙孔和飞溅特征量变化规律有紧密关联,并能够对大功率盘形激光焊接304不锈钢板焊接质量的在线监控提供了试验依据。     

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。     

大功率光纤激光焊熔池红外热像增强算法

在激光焊接过程中,分析熔池的红外热像是观测焊接质量的重要方法。本文以大功率激光焊接为试验对象,综合运用维纳滤波、中值滤波、灰度拉伸、阈值分割、图像形态学法等算法处理焊接中所获取的红外图像,提取熔池信息,最后用熔宽测量值与实际焊接图像比较验证算法的可靠性。试验结果表明,按上述方法处理后提取出的熔宽变化与实际熔宽变化相符,能够反映焊接过程质量的稳定性。     

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.     

基于计算机图像的304不锈钢激光焊接过程中的稳定性分析

采用激光焊接技术对304不锈钢板进行焊接,利用计算机对焊接过程中产生的等离子体图像进行处理,提取面积、高度等特征参数,并根据不锈钢试件的熔宽变化分析激光焊接过程的稳定性,寻找等离子体特征参数与焊接稳定性的关系。结果表明:根据等离子体图像的面积及高度变化和超过阈值区域的比例,可以准确判断激光焊接过程的稳定性。     

基于红外热像的大功率光纤激光焊熔宽检测技术研究

大功率光纤激光焊接中,熔宽是反映焊接质量的直接信息,研究一种基于红外热像的大功率光纤激光焊熔宽检测技术是评价焊缝质量的一个重要方法。本文采用近红外传感高速影像机获取熔池动态热像,经自适应中值滤波、灰度拉伸、裁剪、动态阈值、数学形态学等图像算法来提取熔池热像边缘和检测熔宽。试验结果表明,所采取的组合算法能准确地检测出大功率光纤激光焊中熔宽的变化。     

激光焊熔池图像三维形态恢复算法分析

利用熔池图像表面的明暗变化恢复熔池表面三维形态,分析熔高和熔宽等特征与焊接质量的关系.试验装置采用红外激光辅助光源和带有近红外窄带滤波组合系统的高速影像设备实时捕捉熔池动态图像,并根据统计学估计光源位置参数,采用基于单幅熔池灰度图像的明暗恢复形状技术(shape from shading,SFS)中的局部分析算法来恢复熔池三维表面形态,并通过中值滤波和三次样条插值对三维重建后熔池形状进行去噪和平滑处理.结果表明,所采用的方法能有效地恢复熔池表面信息,为大功率盘形激光焊接过程中根据熔池二维图像预测焊缝成形提供了一种方法.     

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。     

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.     

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。     

激光/等离子电弧复合热源能量参数对钛合金焊缝成形的影响

在对钛合金激光/等离子电弧复合焊与单一激光焊的焊缝成形进行比较的基础上,研究了激光在复合等离子电弧后主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,随激光功率增大和焊接速度降低,复合焊与单一激光焊焊缝的横截面形貌均由钉形向近X形转变.与单一激光焊相比,复合焊焊缝的余高和咬边较大.激光/等离子电弧"协同效应"随激光功率和焊接速度变化而不同,从而影响复合焊焊缝的熔宽和熔宽比.随焊接电流从零增大到60 A,焊缝熔宽略有增大,而焊缝熔宽比基本保持不变.     

超高功率激光-电弧复合焊接特性分析

为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解. 借助高速摄像,以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象,对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时,激光热源与不同电弧热源复合,以及是否填丝对焊接特性的影响规律. 结果表明,激光功率增加,羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势,两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时,高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.     

镀锌钢GMAW焊缝成形特征与焊枪方向同步实时检测

针对基于激光视觉传感的镀锌钢薄板搭接GMAW特点,提出了一种搭接接头焊缝成形全位置特征与焊枪方向同步实时检测方法. 该方法利用激光视觉系统同步检测焊缝与焊丝信息,采用尺度不变特征变换与方向特征检测算法,同步实时获取焊缝轮廓与焊丝方向;采用Harris角点检测算法实现焊缝轮廓特征点识别;针对接头焊缝面积偏小的特点,采用线性插值方法实现了焊缝高度与宽度的全位置、焊缝面积的亚像素级测量,并基于零、一阶矩实现了焊缝重心检测. 结果表明,该算法适应性强、测精度高,为基于焊枪姿态和焊接过程参数优化在线控制焊缝成形提供了依据.     

填丝脉冲GTAW熔池形状定义和图像处理

在填丝脉冲GTAW过程中,从熔池图像上可以观察到熔池形状的变化,如度、长度、后拖角和表面高度等。熟练焊工可以根据变化的情况实时地调整焊接规范,保证焊缝成形稳定,利用获得的焊接熔池图像,采用一定的熔池图像处理算法可以计算出熔池形状的特征参数,以满足过程建模和实时控制的要求。本针对填丝脉冲GTAW熔池形状变化的特点,提出了统一的熔池形状非线性拟合公式和熔池形状参数。设计了快速图像处理算法,满足在实际焊接过程中提取熔池形状参数的要求,试验结果证明,熔池形状非线性拟合公式准确,图像处理算法有效,为进一步焊接过程的建模和控制奠定基础。     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。     

Factors controlling the magnesium weld morphology in deep penetration welding by a CO2 laser

In laser welding with power density beyond 10⁴ W · mm⁻², the formation of plasma cavities, commonly referred to as keyholes, leads to deep penetration welds with high aspect ratios. In this paper, the morphologies of keyhole welds produced with a 6 kW CW CO₂ laser on two die-cast magnesium alloys, AZ91 and AM50, are compared. It was found that the two magnesium alloys responded differently to laser welding. Though irregular weld cross-section profiles were consistently observed on each materials, bead dimensions often varied with the welding variables in contrasting ways. For both alloys, important characteristics of the weld beads such as depth, width, crown height (hump), and surface ripples were analyzed as a function of the welding parameters, most particularly the heat input. Results show that the use of heat input, a variable grouping two welding parameters into one, was often inadequate in characterizing the bead morphology. Several explanations are given, including base metal vaporization, but the process of bremsstralung absorption explains it well and rationalizes many observed characteristics of laser weld morphology.