基于视觉的MAG焊气孔缺陷图像特征初步探讨

针对MAG焊特点,利用被动式熔池视觉传感系统,采集到清晰的熔池图像;通过同步对比试验方法,系统地对焊接气孔缺陷与熔池图像特征信息之间的关系进行了研究,提取了表面气孔、内部气孔(夹渣)对应的熔池图像特征,并从灰度均值和标准差的角度研究了焊接气孔缺陷产生过程中熔池图像变化情况及奇异特征.试验表明,通过熔池视觉图像特征判断气孔焊接缺陷,具有良好的可行性,为基于视觉传感的焊接缺陷自动识别提供了技术依据;一种图像特征可能预示有多种焊接缺陷产生的可能,一种焊接缺陷可能有多种图像特征显示.     

合金钢熔化极气保焊熔池灰度图像特征试验

针对MAG焊特点,采用被动式视觉传感和近红外滤波方式采集到了不同熔滴过渡形式下清晰的典型熔池视觉图像.通过专用图像处理软件提取了反映焊接质量的熔池图像灰度特征,并采用灰度直方图、伪彩色增强等方法进一步描述了熔池图像的灰度分布特点.提出了用灰度均值和标准差研究MAG焊焊接过程的思路,分析研究并给出了灰度均值和标准差计算方法,并对不同工艺参数下,结合焊接电流和电弧电压波形,分析研究了熔池视觉图像的灰度均值、标准差和焊接过程,得出了其波动大小反映了焊接过程稳定性的初步结论.     

MAG焊熔池图像特征及可用信息分析

针对MAG焊焊接过程的特点,采用被动式视觉传感的方式,利用近红外CCD摄像机,配合1064nm窄带滤光片和0.1%中性减光片组成的复合滤光系统,很好地排除了弧光的干扰,采集到大量高清晰的MAG焊短路过渡、射滴过渡、射流过渡熔池图像.利用数字图像处理技术对熔池图像进行图像处理,并提取出反映焊接质量的图像特征信息.对于单幅熔池图像进行了灰度分析,并提取了三条熔池图像等值轮廓线;对于连续多帧熔池图像,提出了利用熔池图像差影检测和熔池图像平均灰度来研究MAG焊焊接过程的新思路,为熔化极气体保护焊焊接过程质量控制奠定了基础.     

MAG焊熔池图像的灰度形态学分析

图像处理在焊接过程跟踪控制和焊接质量建模中越来越受到重视,而MAG焊是目前国内最常见的焊接方法之一,作者采用数学形态学的方法来进行MAG焊熔池图像的分析.针对MAG焊图像,除了进行灰度形态学的四种基本运算之外,提出了一套完整的从图像的预处理到边缘检测形态学算法.结果表明,灰度形态学算法非常适合于处理焊接熔池图像.     

基于机器学习的不锈钢薄板MIG焊焊穿缺陷识别

随着焊接工艺在工业环境中的广泛应用，对焊接缺陷的研究受到越来越多的关注，焊穿缺陷作为焊接过程中最严重的缺陷之一，必须采取相应的措施对其进行监测以及控制。提出了一种采用被动视觉传感技术，利用工业CCD相机结合减光、滤光系统消除焊接过程中强弧光干扰，获得MIG焊熔池图像的方法。设计正交试验并从图像的多维特征出发，提取熔池图像4个种类对应的10个维度特征作为机器学习的输入。在进行焊穿缺陷的标签标定时，基于所提出的特征提取对正交试验中获得的熔池图像数据进行预处理，通过反向搜索实现对无效数据的剔除和有效数据的正确归类，同时发现了数据在空间分布的规律。最后探究了不同维度输入特征下三种分类器的识别效果，结果表明：所选择的特征在三种分类器上均获得了不低于97%的分类精度，为后续开发基于视觉在线焊穿缺陷检测系统提供了技术支撑和理论依据。     

基于小波变换的MAG焊焊缝跟踪

提出了一种基于CCD视觉传感的MAG焊焊缝跟踪方法.由于MAG焊过程中通常伴有大量的飞溅、烟尘以及强烈的弧光干扰,所以很难从CCD中获取到清晰的焊缝图像.基于M带Bubble小波变换的方法,检测捕获MAG焊过程熔池的图像边缘.结果表明,该方法在检测焊接熔池边缘以及焊缝识别中,即便图像中出现大量噪音也是有效的.在焊缝识别的基础上,采用PID控制算法跟踪所设计的S形焊缝的成形.试验结果表明其焊缝跟踪方法具有较高的精确度.     

基于同轴图像传感的激光焊接过程质量监测技术

针对激光焊接过程中由于参数不匹配、装配误差等原因造成的焊接过程不稳定等焊接缺陷，基于同轴图像传感技术，建立起一套激光焊接过程中的质量在线监测系统，对焊接过程中的熔池图像进行了采集分析及其熔池特征信息的提取. 结果表明，在激光功率为1 500 W的不等厚不锈钢薄板激光焊接试验条件下，焊接过程中的不稳定、下塌缺陷以及焊偏现象与熔池形状各特征信息变化具有一定的相关性. 结合BP神经网络算法对所提特征信息进行分类、识别，基于LabVIEW软件平台，可实现相应缺陷的自动化识别及报警功能.     

动车组铝合金厚板薄板搭接MIG焊接工艺研究

在对高速动车组铝合金车体薄板进行MIG焊时容易产生焊塌、焊穿缺陷,严重影响了车体的焊接质量.文中分析了铝合金薄板厚板搭接焊缝出现焊穿、焊塌等问题的原因,通过研究发现:采用合理的焊接电流、正确的焊接方向、适当的预热温度和合适的操作方法,可以有效防止薄板与厚板搭接MIG角焊缝焊穿、焊塌等缺陷的产生,提高了产品焊接质量,降低了生产成本.     

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.     

大厚板双面双TIG电弧打底焊熔池成形特性

采用视觉图像监测法对新开发的双面双TIG电弧错位同步打底焊熔池成形特性进行了研究.结果表明,根部预留间隙是保证打底焊根部熔合的有效措施,可以实现大厚板不清根焊接.脉冲TIG焊是大厚板打底焊的优选方法,峰值期间电弧熔化能力强,坡口根部两侧边缘熔化良好.基值期间熔池迅速凝固,防止了下淌.双TIG电弧错位同步打底焊时,后电弧的加入导致两弧之间工件高温区增加,前电弧熔池拉长.焊缝宏观金相显示母材充分熔化,没有侧壁未熔合,焊缝正表面成形圆滑过渡,没有气孔、裂纹、夹渣、咬边等成形缺陷.     

三光路熔池图像的视觉注意特征提取

焊缝跟踪和熔透控制都是焊接质量控制中的重要部分.试验采用三光路视觉传感系统,在铝合金脉冲GTAW焊接过程中,三个光路同时采集熔池正前方、斜后方、斜下方图像,并投影到同一幅图像上.图像包含了焊缝、正面熔池和背面熔池等丰富的信息.采用视觉注意的方法找到图像各部分与熔池特征参数相关的小区域进行处理,将图像中包含的熔池特征参数提取出来.结果表明,视觉注意方法用于焊接过程中熔池特征的实时检测时,由于只处理感兴趣的小区域,比一般方法具有更高的明确性以及高效性.     

An optical sensing system for seam tracking and weld pool control in gas metal arc welding of steel pipe

A visual sensing system was developed for automatic gas metal arc welding (GMAW) of the root pass of steel pipe. The system consisted of a vision sensor that consisted of a charge-coupled device (CCD) camera and lenses, a frame grabber, image processing algorithms, and a computer controller. A specially designed five-axis manipulator was used to position the welding torch and to provide the vision sensor with automatic access to view the welding position. During the root pass welding, an image of the weld pool and its vicinity was captured using the camera without interference of the intensive arc light by viewing at the instance of a short-circuit of the welding power. The captured image was then processed to recognize the weld pool shape. For seam tracking, the manipulator was used to adjust the torch position based upon the pool image to the groove center. The measured gap size was used to determine the appropriate welding conditions to obtain sound penetration. The welding speed was chosen using fuzzy logic with the knowledge of a skilled welder and measured gap. The automatic welding equipment demonstrated that both welding conditions and torch position could be appropriately controlled to obtain a sound weldment and a good seam tracking capability.     

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。     

基于视觉图像处理的铝合金交流TIG焊阴极清理区域的研究

介绍了方波交流钨极氩弧焊的工艺特点以及铝合金焊接过程中β(正半波电流占整个周期电流的比例)对阴极清理作用的影响。针对铝合金交流TIG焊电弧的特点,合理选择CCD、滤光系统构建了被动视觉传感器和图像采集处理系统。比较三种β值时铝合金交流TIG焊接的阴极清理作用,采用图像处理技术提取阴极清理区和焊接熔池的边缘,获得了阴极清理区域和熔池宽度。通过与实际测量比较表明,采用被动视觉传感技术和图像处理方法可以准确反映阴极清理作用,通过图像处理获得的熔池尺寸与实测值基本吻合。     

铝合金脉冲MIG焊参数对熔池视觉传感效果的影响

利用建立的铝合金脉冲MIG焊熔池CCD视觉传感系统,通过焊接工艺试验研究了脉冲电流模式、熔滴过渡形式、焊丝伸出长度、焊枪位置和焊接电压等焊接参数对熔池视觉传感效果的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式对视觉传感效果影响最大,在合适的脉冲电流模式下,通过调整焊接工艺参数使熔滴过渡为小颗粒自由过渡,配合短弧焊接既可得到良好的焊缝质量和成形,又可保证视觉传感效果.     

Vision-based detection of weld pool width in TIG welding of copper-clad aluminum cable

In order to realize automatic control of the width of weld pool, a visual sensor system for the width of weld pool detection is developed. By initiative arc light, the image of copper plate weld pool is taken back of the torch through the process of weakening and filtering arc light. In order to decrease the time of processing video signals, analog circuit is applied in the processing where video signals is magnified, trimmed and processed into binary on the datum of dynamic average value, therefore the waveform of video signals of weld pool is obtained. The method that is used for detecting the width of weld pool is established. Results show that the vision sensing method for real-time detecting weld pool width to copper-clad aluminum wire TIG welding is feasible. The response cycle of this system is no more than 50 ms, and the testing precision is less than 0. 1 mm.     

CO2焊接熔池直接视觉图像传感研究

应用被动式视觉传感方法进行CO2焊焊接熔池的形状检测。为了消除弧光干扰并获得清晰的熔池图像,设计了由窄带滤光片、中性密度滤光片和普通焊接滤光片构成的复合滤光系统。基于CO2焊焊接弧光的光谱分布特征,首先确定了窄带滤光窗口机心波长为632．8nm。然后,通过实验确定了中性密度滤光片和普通焊接滤光片的规格,以及它们与窄带滤光片的最佳组合方式。图像检测实验结果表明,该复合滤光系统有效地消除了弧光干扰,获得了高质量的熔池图像。同时,对CO2焊焊接熔池的图像特征进行了初步分析,为进一步进行熔池图像处理和焊缝成型控制的研究奠定了基础。     

Visual sensing and morphological image processing of weld pool in laser spot welding

A visual sensing system was established to monitor the weld pool in laser spot welding.The top-hat and bottom-hat transformation algorithms based on mathematical morphology were used to compensate for non-uniform contrast of weld pool edge.Moreover,the canny edge detector was applied to extract the weld pool profile.The edge detected results show that the morphological operation is obviously superior to the traditional contrast enhancement method.In addition,the combination of dilation and erosion was applied to eliminate the irrelevant edge details,and the smooth weld pool edge was acquired.Based on the image processing technology described above,the dynamic process of weld pool diameter during laser spot welding was obtained.     

铝合金焊接图像焊缝位置和间隙提取

基于自行设计的CCD被动视觉传感系统,在仅依靠电弧光照明的情况下,实现了钨极氩弧焊过程中实时提取清晰的熔池正前方图像.通过分析退化恢复、平滑后的图像间隙处灰度值特点,采取了特定区域自动域值分割、空穴检出法统计各8-连通域面积、基于8-领域面积阈值去噪、面积统计转换等步骤可以求得间隙值,进一步进行间隙细化,最后采用Hough小变换对细化后的间隙点进行拟合,检测出焊缝位置.