基于红外视觉的熔化极气体保护焊外观缺陷识别

焊接过程可视化监控与成形缺陷智能识别是实现焊接智能制造的重要途径之一. 采用红外CCD在线采样熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池红外图像,结合改进滤波算法和图像增强算法对图像进行预处理,通过热电偶进行温度标定,建立红外图像中灰度值与温度值的对应关系,进而获取焊接熔池的温度分布信息,然后采用改进边缘提取算法提取熔池的特征参数,据此建立焊接外观缺陷的特征识别算法. 结果表明,所设计的算法对焊接形状缺陷、烧穿及未熔透等在线识别具有良好的实用性和准确性.     

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.     

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.     

激光深熔焊熔池X光图像恢复与特征分析

X光对于焊件具有很强的穿透性,可以利用其观测和分析激光深熔焊过程焊件内部熔池形态以及匙孔能量传递效果,实现对焊接过程有效地实时监测.在大功率光纤激光焊接304不锈钢过程中,由于X光图像采集过程中的噪声干扰,导致熔池X光图像存在严重退化现象,清晰度不高,识别性较差.为此研究一种图像恢复和增强算法,对熔池X光退化图像进行恢复和增强处理,使其在处理后能够更好地被识别.以盲去卷积法试验估计出熔池X光图像退化的点扩散函数,并以此函数为参数对熔池X光图像进行维纳滤波恢复,再进行灰度变换以增强图像,进而对熔池动态特性进行分析.结果表明,所提出的方法能够有效改善激光焊过程熔池X光图像质量,突出熔池边缘轮廓特征.     

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。     

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.     

大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

熔透是评价激光焊接质量的重要因素,但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象,研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像,提取熔池特征量,应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系,使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明,熔池表征与熔透状态之间存在密切关联,通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率,为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.     

基于视觉的焊接缺陷熔池图像特征探讨

针对MAG焊电弧光谱特点,采用被动式视觉传感方法,利用CCD摄像机配合近红外复合滤光系统消除弧光干扰,获取MAG焊熔池图像.从MAG焊焊接缺陷产生的机理及熔池流态出发,采用同步对比试验,研究了熔池图像特征与焊接缺陷的映射关系,提取出表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷所对应的熔池图像特征.结果表明,一种焊接缺陷往往有多种视觉图像特征,通过熔池图像特征判断表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷具有良好可行性,为基于视觉的焊接缺陷自动在线预测提供了技术依据.     

高速GMAW驼峰焊道形成过程熔池图像识别

针对高速驼峰焊道形成过程中熔池的变化规律,采用CCD视觉传感系统跟踪采集. 提出了一种基于模糊C-均值聚类(fuzzy C-means,FCM)协作主动轮廓(chan-vese,CV)模型的熔池图像分割方法,对高速焊接过程中的熔池图像进行图像分割. 结果表明,驼峰的形成过程中,熔池长度的阶跃变化是反映驼峰形成的主要图像特征. 将熔池长度序列拟合成波形,采用Symlets2号小波进行分解,发现d₂级小波分解能更好地识别熔池长度的阶跃变化. 对d₂级小波细节能量设定阈值,获取反映熔池长度阶跃变化的尖峰突起特征信号,能很好地识别驼峰缺陷的形成,初步实现了驼峰焊道的监测控制.     

TA15合金激光焊接熔池形貌及温度场分析

熔池作为所有熔焊工艺的最主要研究对象,其特征决定了最终焊缝成形质量.利用高速摄像系统对焊接过程中的熔池进行实时监测,可获得熔池在任意时刻的热图像.通过对TA15钛合金激光焊接熔池热图像进行分析计算,得到熔池的一系列特征量(主要有熔池宽度和熔池长度),重点分析了激光焊接热输入(单位厚度焊接线能量)与熔池特征量间的关系以及温度场的特点.结果表明,熔池长度和熔池宽度都随焊接热输入的增加而增加,并基本呈线性增长;焊接速度减小时,熔池宽度和熔池长度都随之增大,并且熔池长度增大得更快;激光功率减小时,熔池宽度和熔池长度随之减小.熔池内部温度分布较不均匀,尤其是过热液态区域.     

数值模拟技术在激光焊接过程中的应用及发展

激光焊接以其高效率、高精度成为材料高质量连接的先进方法. 激光焊接过程涉及材料对激光能量的吸收与反射、熔化与蒸发、熔池的流动、匙孔的波动等多个物理场问题,建立反映激光焊接热过程特点的数值模型,进而定量描述并澄清影响材料激光焊接质量的关键因素及演变过程,为材料高品质激光焊接制造提供理论支撑和科学思路. 文中从影响激光焊缝成形质量及服役性能的焊接缺陷、组织演变、残余应力几个方面入手,阐述数值模拟技术在激光焊接基础问题方面的应用及发展.     

铝合金激光扫描焊接工艺特性

为减少6061铝合金激光焊接缺陷，提高焊接过程稳定性，采用大功率固体激光光束扫描焊接的方法进行焊接工艺开发. 结果表明，当工艺参数在扫描幅度为0.5 ~ 0.7 mm，扫描频率为100 ~ 200 Hz范围内时可以获得质量较高的焊缝. 激光扫描焊接可以明显抑制等离子体的生成，其尺寸相对于常规激光焊接的2/3，其面积变化标准差约为常规激光焊接的1/2. 相对于常规激光焊接技术，激光扫描焊接过程中熔池形状稳定保持圆状，匙孔在其中沿逆时针方向稳定运动，其面积约为常规激光焊接中匙孔面积的2倍.     

Supervised descent method for weld pool boundary extraction during fiber laser welding process

In order to obtain a high-quality weld during the laser welding process, extracting the characteristic parameters of weld pool is an important issue for automated welding. In this paper, the type 304 austenitic stainless steel is welded by a 5kW high-power fiber laser and a high-speed camera is employed to capture the topside images of weld pools. Then we propose a robust visual-detection approach for the molten pool based on the supervised descent method. It provides an elegant framework for representing the outline of a weld pool and is especially efficient for weld pool detection in the presence of strong uncertainties and disturbances. Finally, welding experimental results verified that the proposed approach can extract the weld pool boundary accurately, which will lay a solid foundation for controlling the weld quality of fiber laser welding process.     

基于实际熔敷形状的旋转电弧传感器数学模型

旋转电弧传感器数学模型是提高焊接质量、旋转电弧信号处理和焊缝偏差提取的理论基础, 焊接熔敷金属堆积形状是决定旋转电弧长度主要因素之一,影响其数学模型精确度. 采用双线结构光传感系统对焊接收弧阶段焊缝进行三维重建获得焊接熔池熔敷形状,运用单纯形法最优化电弧长度,在此基础上建立了旋转电弧传感器数学模型及仿真模型. 结果表明,该数学模型相对于假设的三角锥熔敷形状数学模型,消除了焊接过程工件变形引起的电流信号误差,减小了焊缝转角和焊缝偏差检测误差,提高了旋转电弧传感器数学模型精度.     

Welding phenomena and in-process monitoring in high-power YAG laser welding of aluminium alloy

Laser welding of aluminium alloys is difficult because of their low laser coupling, easy formation of welding defects, etc. and thus the establishment of in process monitoring technique is expected in various industries to obtain highly reliable laser welds. In this study, therefore, both the reflected laser beam and radiation light from die molten pool were investigated as monitoring signals during YAG laser welding of A5052 and A5182 aluminium alloy to confirm validity and usefulness of these signals for monitoring. At the same time, laser-welding phenomena were observed through a high-speed video camera to better interpret the monitored signals. Two signals were detected by utilizing photo sensors and band pass or cut-off filters coaxially against a laser beam and from the above-back direction. In this paper, experimental setup, and monitoring and observation results were presented. The correlation between monitoring signals and welding phenomena was clarified when the welding defects such as underfilling and through holes were formed.     

常压/真空环境激光焊接焊缝成形特性及残余应力与变形对比

在高功率激光焊接中,采用增大激光功率的方法以获得更大熔深时,面临焊接过程稳定性差、焊接缺陷频发等问题,目前国内外普遍认为真空激光焊接是解决以上问题的有效手段. 文中采用工艺试验和数值模拟的方法,研究了常压和真空环境下中厚度全熔透激光焊接在焊缝成形及残余应力与变形分布的差异. 结果表明,降低环境压力可显著增加激光焊接熔透深度,真空环境可以将常压环境10 mm全熔透激光焊接所需激光功率从10 kW降低到6 kW,并获得更好的焊接质量. 常压环境和真空环境下,全熔透激光焊接工件展现出类似的横向残余应力、纵向残余应力和变形分布规律,但由于真空环境下热输入较低,焊缝深宽比大,焊后残余应力的峰值和变形程度均显著小于常压环境.     

活性硫对高功率激光焊接焊缝成形的影响

文中试验研究了在万瓦级高功率光纤激光焊接厚板过程中添加表面活性硫粉对焊缝成形的影响及对焊缝微观组织的影响. 结果表明,表面活性硫粉的添加增加了熔池的浸润性和流动性从而形成了更长的焊接熔池. 负离焦焊接时,活性硫粉能增加焊缝熔深,且不受焊接速度的影响;而正离焦焊接时活性硫粉能增加焊缝熔宽. 高功率激光焊接过程能细化焊缝金相组织,且促使焊缝中铁素体比重增加;硫粉的添加则进一步促进了焊缝金相组织的细化及铁素体比重的增加.