本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：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)時檢測十分必要。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)計熔池尾部長度、尾部寬度及兩側(cè)面積差三個特征參數(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、累計灰度及灰度熵四個特征參數(shù),分別計算了四個特征參數(shù)在一個焊接采樣周期內(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個過程特征參數(shù)中提取4個主成分,因子分析的結(jié)果表明,主成分可以反映原始變量的幾乎全部信息。最后,再對4個主成分再進(jìn)行線性組合得到一個綜合參數(shù)z,以z值為指標(biāo),可以對焊接偏移量過大的焊縫進(jìn)行有效區(qū)分,實(shí)現(xiàn)了三明治結(jié)構(gòu)激光焊接的焊縫跟蹤。
【關(guān)鍵詞】：三明治結(jié)構(gòu) 激光焊接 視覺信號 圖像處理 焊縫跟蹤
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG409
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 船舶輕量化與激光焊接三明治板11-17
• 1.2.1 船舶輕量化的研究與發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 三明治板概述12-14
• 1.2.3 激光焊接概述14-15
• 1.2.4 激光焊接三明治板研究及發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 基于熔池的焊接視覺檢測17-20
• 1.3.1 激光焊接熔池流動方式17-18
• 1.3.2 基于熔池的視覺檢測研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 基于等離子體的焊接視覺檢測20-25
• 1.4.1 光致等離子體的形成機(jī)理與行為研究20-22
• 1.4.2 光致等離子體的檢測手段22-23
• 1.4.3 基于等離子體的焊接視覺檢測研究現(xiàn)狀23-25
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容25-27
• 第二章 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法27-40
• 2.1 試驗(yàn)材料及工藝參數(shù)27-29
• 2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)搭建29-34
• 2.2.1 圖像采集系統(tǒng)29-31
• 2.2.2 激光焊接系統(tǒng)及試驗(yàn)平臺的搭建31-34
• 2.3 焊縫截面宏觀形貌特征34-35
• 2.4 激光三角法與焊縫輪廓測量35-39
• 2.4.1 激光三角法測量原理35-37
• 2.4.2 測量試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建37-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 基于熔池圖像特征的焊縫跟蹤40-63
• 3.1 基于熔池圖像特征的焊縫跟蹤方法的可行性40-47
• 3.1.1 焊縫輪廓測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理40-43
• 3.1.2 焊縫邊界提取方法43-45
• 3.1.3 基于熔池尾部圖像特征的焊縫跟蹤可行性分析45-47
• 3.2 熔池尾部邊緣提取47-56
• 3.2.1 基本Snake模型48-50
• 3.2.2 改進(jìn)Snake算法與熔池尾部邊緣提取50-54
• 3.2.3 特征參數(shù)設(shè)計54-56
• 3.3 基于熔池尾部圖像的焊偏狀態(tài)檢測56-61
• 3.3.1 基于熔池尾部長度的焊偏狀態(tài)檢測56-59
• 3.3.2 尾部面積變化及兩側(cè)面積差的變化59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 基于等離子體圖像的焊縫跟蹤63-83
• 4.1 焊偏狀態(tài)對等離子體形態(tài)的影響63-67
• 4.1.1 下等離子形成機(jī)制分析63-66
• 4.1.2 下等離子體與上等離子體相關(guān)性66-67
• 4.2 等離子體圖像特征提取67-73
• 4.2.1 單張等離子體圖像特征提取67-69
• 4.2.2 等離子體圖像過程特征提取69-73
• 4.3 等離子體圖像主成分分析73-82
• 4.3.1 主成分分析方法簡介73-75
• 4.3.2 等離子體圖像特征參數(shù)主成分提取75-77
• 4.3.3 因子分析77-79
• 4.3.4 基于主成分的焊偏狀態(tài)檢測79-82
• 4.4 本章小結(jié)82-83
• 第五章 結(jié)論83-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 致謝91-92
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文目錄92-94

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馮俊艷,馮其波,匡萃方;高精度激光三角位移傳感器的技術(shù)現(xiàn)狀[J];應(yīng)用光學(xué);2004年03期

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本文編號：575202