基于焊接過程視覺特征的三明治結(jié)構(gòu)激光焊接焊縫跟蹤.pdf

1、三明治板是一種新型夾層結(jié)構(gòu)，由上下兩塊面板和中間夾芯層構(gòu)成，具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、便于加工、制造精度高、隔音減振性好以及結(jié)構(gòu)靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸尤其是船舶制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。激光深熔焊的熔透能力強(qiáng)，熔深大，熔寬淺，焊接速度快，是制造三明治板的理想方法。在三明治板的焊接制造中，采用T型結(jié)構(gòu)搭接焊的方式可以有效提高加工效率，但也導(dǎo)致了一些新的問題，例如：由于裝配錯(cuò)誤等原因，入射激光可能偏離焊縫。因此，在焊接過程中進(jìn)行焊偏狀態(tài)實(shí)

2、時(shí)檢測十分必要。
　　為了研究基于焊接過程視覺特征的三明治結(jié)構(gòu)激光焊接焊偏狀態(tài)檢測方法，本文搭建了高功率CO2激光焊接系統(tǒng)，并確定了相應(yīng)的焊接試驗(yàn)工藝參數(shù)。此外，本文通過搭建CMOS高速攝影系統(tǒng)，完成了對熔池尾部圖像和等離子體圖像兩方面視覺信號的采集。
　　采用激光三角測量法對焊縫表面輪廓進(jìn)行測量，在提取焊縫特征參數(shù)后，結(jié)合焊縫橫截面的宏觀形貌，對焊偏量增大時(shí)熔池狀態(tài)的變化規(guī)律進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射激光偏移量超出某一閾值

3、后，熔池底部出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致熔池的整體尺寸及流動狀態(tài)發(fā)生變化。通過對熔池圖像的提取分析，可以對熔池坍塌現(xiàn)象進(jìn)行檢測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對焊偏狀態(tài)的檢測。
　　為了消除等離子體對圖像的干擾，本文僅對熔池尾部圖像進(jìn)行拍攝，并通過改進(jìn)的Snake算法，較好的實(shí)現(xiàn)了圖像分割。在獲取可靠的熔池邊界后，通過設(shè)計(jì)熔池尾部長度、尾部寬度及兩側(cè)面積差三個(gè)特征參數(shù)，分析了熔池尾部圖像特征隨焊偏量的變化規(guī)律。最后，從熔池流動的角度分析了入射激光偏移量對特征參數(shù)的影

4、響機(jī)制，并建立了基于熔池尾部圖像特征的焊偏狀態(tài)檢測方法。
　　在等離子體圖像特征方面，當(dāng)焊偏量增大到一定程度后，匙孔底部的等離子體會沖破匙孔側(cè)壁噴出，匙孔上方等離子體的狀態(tài)也隨之改變。本文從每幅等離子體圖像中提取了高度、傾斜角、累計(jì)灰度及灰度熵四個(gè)特征參數(shù)，分別計(jì)算了四個(gè)特征參數(shù)在一個(gè)焊接采樣周期內(nèi)的均值、頻率比及變異系數(shù)，最終得到12個(gè)焊接過程特征參數(shù)。為了簡化分析，本文采用主成分法從12個(gè)過程特征參數(shù)中提取4個(gè)主成分，因子分析