基于参数自调整模糊PID算法的弧焊过程熔透控制研究

采用对CCD获取的熔池图像进行图像处理并提取熔池信息,结合模糊逻辑和PID闭环控制算法,设计了一套弧焊熔透控制系统.通过在特殊形状的2mm厚的Q235钢试件上对TIG焊过程进行熔透控制工艺试验,表明上述质量控制系统可以很好的克服焊接过程中的外界干扰,具有较好的稳定性、控制自适应性和较高的控制精度,从而实现TIG焊质量控制的目标.     

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。     

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.     

TIG焊熔宽的自整定PID闭环控制系统的研究

对于焊接过程中常出现各种干扰,焊接条件时有变化的TIG自动焊而言,改进传感方法和控制技术是提高焊缝质量闭环控制系统控制效果的两大途径。本文在对采用CCD摄像机正面拍摄熔池图像并用微机进行图象处理,以及对参数在线自整定PID控制原理的研究基础上,设计了一种TIG焊参数在线自整定PID熔宽闭环控制系统。实验结果表明,该系统具有良好的控制特性和对焊接条件变化的适应性,可用于TIG焊焊缝质量的实时控制。     

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.     

TIG焊背面熔宽的神经网络模糊控制

TIG（Tungsten Inert Gas)焊接过程是一个高度非线性、强耦合、时变的系统,针对这一特点,本文设计了单层神经网络模糊控制器,给出了学习算法,该控制器可以自动学习模糊控制规则,并随系统的变化自动调节模糊控制规则,采用普通CCD（Charged Couple Device)摄像机拍摄熔池的正面图像,提取出熔池正面几何参数,利用熔池正面几何参数与背面熔宽的关系模型,对背面熔宽进行实时控制。仿真及试验结果表明,该控制器具有良好的控制性能和控制效果。     

基于视觉处理的焊缝质量检测与控制系统

采用视觉处理方法是实现焊接质量检测与控制的重要途径之一,而视觉处理算法是其可靠、准确应用的关键环节.采用CCD传感器直接摄像法获取焊接熔池的图像,利用数学形态学的图像处理方法,建立统一的非线性处理算法,对熔池图像进行预处理和特征提取,获取熔池边缘信息并确定焊缝中心和熔宽、熔高等信息,将这些信息与模糊逻辑相融合,实现高性能的跟踪和焊接质量PID模糊闭环控制.试验结果表明,基于视觉处理的焊接质量检测与控制系统具有良好的稳定性和准确性.     

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。     

管道焊接熔池图像处理与特征提取

提出了一种管道焊接熔池成像系统,能够有效克服弧光干扰,获取焊接熔池在焊缝坡口内图像.采用基于统计的鲁棒图像处理方法,对熔池图像进行预处理,抑制飞溅等噪声.在图像自适应分割和边缘提取基础上,根据熔池图像和焊缝坡口图形特点,分别提取熔池图像在焊缝内的灰度分布特征以及焊缝坡口图形特征,得到熔池相对焊缝坡口的动态偏移量,以及熔池振动幅度和频率,为焊缝跟踪和焊接质量控制提供了视觉信息反馈.进行了焊接过程实时图像处理和特征提取试验,试验结果验证了熔池成像系统和图像处理方法的有效性和可靠性.     

非对称角根焊中焊枪偏移与熔透形态的关系

中厚板单侧开V形坡口角焊缝由于两侧结构不对称,根部焊接时散热差异大,易产生未熔合缺陷. 为保证根部打底焊良好熔透成形,提出根据正面熔池形貌变化实时调整焊枪角度的策略,提升焊接熔透质量. 结果表明,随着焊接角度变化,焊枪相对熔池发生了有规律位置偏移. 对采集到的正面熔池图像进行中值滤波等处理后获取焊枪中心的位置坐标,并研究了不同角度焊接的内部熔透形态,建立了熔池正面焊枪位置偏移量与内部熔透形态的定量关系,为利用正面熔池特征信息预测控制焊接内部熔透形态提供了一种新的方法.     

灰度形态学提取焊接熔池图像边缘技术

在由CCD捕获的CO2焊接熔池图像中,存在着大量的点状噪声和线状噪声,要精确地检测出熔池图像的边缘比较困难.采用基于数学形态学理论中的灰度形态学数字图像处理技术,结合焊接熔池图像自身的特点,借助灰度图像二值化取阈值法中的矩量保持法确定结构元素值的大小,通过合理设计形态学滤波器形状和运算顺序,成功地提取出了焊接熔池图像的边缘,通过比较,新的图像处理算法的处理效果非常明显,对后续的焊接质量控制和焊缝跟踪工作提供了非常有用的熔池信息.     

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.     

基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取方法

轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征,在焊接质量在线监测中起着重要作用. 文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert gas welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统,采集了高质量的熔池图像. 针对TIG焊不锈钢熔池图像中弱边缘检测的难点提出了一种基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取算法(operator template matching based on edge direction guidance, OTM-EDG),算法中首先基于非线性灰度变换方法增强弱边缘. 之后利用4个方向的Sobel算子与熔池图像进行卷积操作来判断后端弱边缘的方向并计算梯度图. 最后对梯度图进行边缘连接操作以及基于数学形态学的边缘平滑操作,得到需要提取的熔池轮廓. 结果表明,文中算法能够提取到封闭完整且定位准确的TIG焊不锈钢熔池轮廓. 在实际焊接环境中具有较高的鲁棒性,有效解决了熔池区域弱边缘难以准确检测的问题.     

管道全位置焊接熔池监测试验研究

在管道全位置自动焊接过程中,焊接熔池形态监测对焊接质量控制有重要意义。设计一套熔池监测试验装置,方便采集清晰的熔池图像。运用图像处理技术检测熔池边缘。用熔池长度、熔池宽度以及熔池头部轮廓二项式系数等特征参数重新定义熔池形态。应用正交试验法和极差分析法,研究在仰焊区段焊接电流、电弧电压以及焊枪摆速等因素组合变化时对熔池形态的影响程度。结果表明:采用优化的焊接工艺参数组合,可以获得良好的焊缝成形质量。     

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池形态及焊接稳定性分析

在大功率光纤激光焊接过程中,熔池热辐射含有丰富的焊接质量信息,熔池形态及其变化特征与焊接稳定性密切相关.研究一种基于红外热像的大功率光纤激光深熔焊熔池形态分析及焊缝质量稳定性评价的方法.以10 kW大功率光纤连续激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外传感高速摄像机摄取熔池动态热像,通过动态自动阈值和数学形态学方法重...     

基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测

基于视觉传感的方法,获得了钛合金电子束焊熔池图像．采用二值形态学图像处理算法对熔池图像进行了处理,得到了熔池的边缘,并在此基础上利用自己开发的一套熔宽提取程序实现了熔宽的准确提取．找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,当熔宽波动较大时,表面成形较差,而当熔宽波动较小时,表面成形较好．经过分析,提出用变异系数C...     

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.