激光-MIG复合焊背面熔宽的检测

对接焊中,背面熔宽最直接地反映了熔透状态.为获取CO2激光-MIG复合焊背面熔宽的信息,本文采用视觉传感器获得了熔池背面清晰的图像,并运用图像增强及边界追踪的算法提取了熔池边缘,通过多帧图像取平均值的方法确定了输出熔池宽度的最佳位置,从而成功确定了熔池的背面宽度.     

X70钢管道全位置激光-MAG电弧复合根焊焊缝成形试验研究

针对X70钢管道全位置激光-熔化极活性气体保护(MAG)电弧复合根焊焊接过程中,管道焊接3~6点位焊缝背面易出现内凹,开展了管道全位置激光-MAG电弧复合根焊焊缝成形试验研究。试验结果表明,激光-电弧复合焊接能量输入、焊枪角度对焊缝背面内凹影响较大;焊缝背面内凹可能是由于熔池液态金属重力作用导致焊缝熔融金属下淌所致。通过变参数能量输入方法,从3点位到6点位逐渐降低激光-电弧复合焊接功率;并向上倾斜焊枪角度使激光和焊缝切线方向成80°时,可利用保护气吹力和电弧力"托住"熔池,有效抑制内凹缺陷,改善焊缝成形。此外,发现焊缝背面有无内凹对静载拉伸性能基本无影响,有内凹管道的抗拉强度可达到596 MPa以上,但焊缝背面内凹大幅降低了管道疲劳性能。     

CO2激光-MIG复合对接焊熔透工艺

在有坡口间隙对接焊时，焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。     

CO2激光焊同轴视觉系统及熔透状态检测的研究

本文对CO2 激光深熔焊的CO2 激光、等离子体辐射和熔池辐射光谱进行了分析和实验研究 ,在此基础上研制成功了基于具有特殊功能镀膜的分光镜、综合滤光系统和CCD摄像机的CO2 激光焊同轴视觉系统 ,解决了熔池图像同轴检测和等离子体强辐射干扰等关键技术 ,较清晰地实时显示俯视小孔穿透状态的二维图像。发现了焊接过程中焊缝熔透状态由“未熔透”或“仅熔池透”变为“适度熔透 (小孔穿透 )”时小孔图像变化的规律 ,获得了理想熔透状态的图像特征 ,为进一步进行熔透闭环控制打下了基础。     

激光深熔焊熔池及小孔的检测

激光深熔焊熔池-小孔包含丰富的反映熔深的信息.本文建立了基于视觉的熔池-小孔同轴检测系统,拍摄了不同焊接速度下熔池-小孔的清晰的图像,分析了熔池宽度、小孔直径随焊接速度的变化规律研究发现,小孔直径随焊接速度的增大先增加后减小,熔池宽度随焊接速度的增大而减小.     

激光近净成形中熔池宽度实时监控系统的研究

在激光近净成形过程中,为了快速有效地获取熔池区域信息并加以控制,文设计了CCD同轴拍摄系统获取熔池的双色图像,可以准确地获得熔池区域的图像信息,并利用最小外接矩形图像处理方法快速有效地获取熔池宽度,通过PID控制器调节激光功率加以控制。实验表明,基于双色图像的CCD同轴拍摄方法和熔池宽度闭环控制系统有效解决了激光往复扫描下薄壁工件的边缘凸起和上下宽度不均匀的问题。     

激光-电弧复合焊焊缝合金元素分布的研究

激光-电弧复合焊接相对激光焊接的优势之一是通过焊接材料的添加,调整焊缝的合金元素成分,改善焊缝组织与性能。焊接材料添加的合金元素在焊缝中的均匀分布是体现激光-电弧复合焊接这一优势的关键。然而,对于窄而深的激光-电弧复合焊焊缝,实现合金元素的均匀分布是非常困难的。研究了焊接工艺参数对CO2激光-熔化极气体保护(GMA)复合焊焊缝合金元素分布的影响规律,并讨论了熔池流动行为与合金元素分布均匀性的关系。结果表明,随着焊接速度的减小,CO2激光-GMA复合焊焊缝合金元素的分布趋向于均匀分布;随着坡口间隙的增大,焊缝合金元素均匀程度越高。焊接方向为激光在前时,激光-电弧复合焊接熔池流动为内向流动时(即熔池表面从熔池后部向小孔流动,并且小孔后沿液体向下流动),焊缝合金元素分布较均匀,其均匀性高于焊接方向为电弧在前时的情况。焊接方向对焊缝合金元素分布的影响规律主要取决于电弧拖拽力和熔滴对熔池冲击力的方向。当焊接方向为激光在前时,电弧拖拽力和熔滴对熔池冲击力指向小孔方向,促进了熔池内向流动。     

TIG焊快速制造激光视觉检测系统的研究

为了研究钨极惰性气体保护焊(TIG)快速制造中金属结构成形的效果及工件变形情况,获取金属结构高度及其变化范围,通过对激光视觉传感所得到的图像进行分析,采用激光视觉检测的方法,制作了一种激光视觉检测系统。经与实验获得的实际金属结构高度数据对比,得到金属结构高度检测的误差在单道焊缝的自然成形的高度误差范围内的结果。结果表明,该方法可以比较有效地获得金属结构高度及母材工件变形情况。     

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。     

冷轧带钢激光拼焊的焊缝在线检测研究

焊缝质量在线检测是冷轧带钢激光拼焊过程中的重要关键技术之一。为了解决武钢TRUMPF12000 轴快流激光拼焊设备在焊接过程中出现的错边、拼缝、焊缝形态等问题,采用3个传感器分别采集焊前间隙图像信息、焊接过程图像信息以及焊后焊缝图像信息,利用OTSU 自动计算图像阈值、运用投影矩阵的方法将图像坐标转换到工件坐标,编写程序提取图像特征点的方式建立焊缝质量在线检测系统,并以5m/min焊接速率对3mm厚冷轧板进行焊接实验,测量焊接试样焊缝宽度相对误差在4.42%左右。结果表明,焊缝质量检测系统可以计算出较为准确的焊缝宽度、焊缝错边量等信息。     

应用卡尔曼滤波技术的激光熔覆宽度检测

对金属零件激光成形过程闭环控制系统中,熔覆宽度的检测技术进行了研究,提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像,经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程,应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计,得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值,从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差,测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明:将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。     

基于局部主动轮廓模型的宽带激光熔覆熔池边缘提取

为了准确、高效地提取宽带激光熔覆熔池边缘, 排除宽带激光熔覆过程中存在的强烈弧光、金属液 滴、粉末飞溅等因素的干扰,通过CCD工业相机和复合滤光镜片组成的熔池监测系统实时采 集宽带激光熔 覆熔池图像。对获取的熔池图像进行预处理,选定阈值拟合二次曲线作为初始轮廓线,假设 目标区域与背 景区域具有最大的平均灰度差异,利用熔池本身几何结构信息与图像局部统计信息相互约束 驱动轮廓曲线 演化,准确地提取了宽带激光熔覆熔池边缘。与灰度阈值、数字形态学、C-V主动轮廓模 型等传统方法相 比,该方法有效地提高了熔池边缘提取的精度以及抗干扰性能。     

同轴监测激光深熔焊熔池小孔的特征分析

为了研究激光焊接工艺参量以及焊接材料对熔池、小孔形貌的影响,搭建了激光焊接同轴监测系统,对比研究了有无辅助光源和不同工艺条件下、采用中心波长分别为532nm和808nm窄带滤光片同轴监测的熔池、小孔图像特征。结果表明,采用808nm激光辅助光源照明和808nm窄带滤光片,可清晰地拍摄到熔池、小孔以及穿透孔特征图像;相同的工艺条件下,熔池变化小,小孔动态波动且波动幅度小,穿透孔的时变动态特征较小孔则明显不同;熔池宽度随激光功率的增加而增大,随焊接速率增大而减小;不同材料激光焊接的熔池、小孔和穿透孔的同轴监测验证了本监测系统的稳定性。该研究对激光焊接质量实时监控有理论指导意义。     

Infrared image recognition for seam tracking monitoring during fiber laser welding

Seam-tracking ability of a laser-welding system is important for welding process, and the accurate detection of deviations between the laser-beam focus and the weld seam position is prerequisite for seam-tracking control. Infrared image sensing and visual recognition techniques for real-time seam tracking monitoring during high-power fiber laser welding is researched to improve the accuracy of seam-tracking ability. Molten pool images are caught by an infrared sensitive high speed camera arranged off-axis orientation of a laser-welding head which is fixed to a robot. Through the image processing, the feature detection of a near-infrared image is used in visual tracking. The gray-value gradient of near-infrared image is calculated and the keyhole margin of a molten pool is also detected. Combining the gradient and keyhole margin of a molten pool image, the thermal gradient parameter based on the thermal distribution of a molten pool is extracted. As a visual feature in robot control system, this parameter can be used to determine the deviations between the laser-beam focus and the weld-seam center. In comparison with direct detection of the narrow gap position, this parameter can be measured easily and the delay error resulted from the forerun of the sensor can be eliminated. This provides a practical approach to detect the deviations and the possibility to adjust the laser-beam focus position in real time, which can sensibly promote seam tracking accuracy. The proposed algorithm is tested during a butt-joint laser welding of Type 304 austenitic stainless steel plates at a continuous wave fiber laser power of 6 kW and 10 kW. Its effectiveness is confirmed by the welding experiments.     

数字图像处理在激光再造熔池温度场检测中的应用

为了更好的研究激光与材料表面的相互作用,采用非接触式测温方法对激光再制造熔池温度场进行了检测。利用CCD对激光熔池进行拍摄,通过数字图像处理技术对拍摄图片进行处理,经过温度标定后便可以得到激光熔池温度场的分布情况。结果表明结合数字图像处理的温度场检测技术可以表征激光熔池温度场的分布规律。     

人体行为识别的研究

人们通常用形体动作,表情等对外界的刺激作出反应,传送某种信息,这些称为行为能力。近年来人工智能的研究取得了一定的进展,机器视觉是人工智能的一个重要分支,而人体行为识别就是其中的一个研究方面。机器视觉是通过图像摄取装置（比如摄像头）将摄取的目标转换成图像信号,然后对图像信号进行相关运算,抽取目标特征,根据判别的结果进行相应的操作过程。     

激光快速成形过程中熔池形态的演化

采用高速摄影技术对激光快速成形过程中液态熔池的形成及其演化过程进行了实时观察。结果发现,以一定速度向前运动的激光束辐照基材时,基材表面开始熔化并形成液态熔池,经过一个较短的时间间隔(约1．0 s)后熔池深度增大至一定值,熔池长度则围绕一恒定值波动。以恒定送粉率向熔池中连续送进金属粉末时,熔池的长度和宽度逐渐减小,熔池寿命缩短。同时熔池后沿不断抬高即熔覆层厚度不断增加,最大熔深处熔池自由表面法向和激光束轴线之间的夹角由几度逐渐增大到20°～30°左右。熔池自由表面发生周期性的变化,实验观察到熔池后沿有周期性的“岛状凸起”出现和消失现象。数值计算结果证实这主要是熔池中熔体在表面张力梯度下引起的强制对流作用的结果。