基于数字图像的短路过渡焊熔池形态研究

摘要

随着科技的进步，焊接自动化和智能化已成为现代焊接技术不可逆转的发展方向，焊接过程控制是焊接自动化的重要组成部分。焊接信息传感是进行焊接过程控制的前提，只有准确地获取焊接过程的信息，对焊接过程特征参数进行实时监测，才能实现对焊接过程的有效控制。研究熔化极气体保护焊短路过程的熔池图像是进一步改善其焊接工艺，研究短路过渡机理和实现智能控制的基础。
　　短路过渡焊接熔池具有高速动态变化和飞溅大的特点，且弧光强烈，使整个熔池区域光强动态范围非常大，从而很难获取清晰的熔池图像。论文设计并建立了被动式熔池视觉传感系统，采用具有LinLog感光技术的CMOS摄像头，利用熔池反射的电弧光和自身辐射光作为光源，从熔池正后方俯视拍摄采集熔池图像。LinLog技术能够提高摄像头的动态范围，抑制强烈的弧光，在全局快门方式下进行高速摄影，可以得到熔池边缘清晰且比较完整的熔池图像，图像中熔池内部信息清晰可辨，使对短路焊接过程熔池图像的进一步分析成为可能。
　　论文针对采集到的熔池图像的特点，设计了一套图像处理流程，经过图像预处理（阈值分割、粒子滤波和形态学闭运算）和图像后处理（边缘提取和多项式边缘拟合）操作，得到完整的熔池边缘和去除弧光后的熔池图像。在此基础上，设计并提取出多个特征参数，例如熔池面积和椭圆度、灰度平均值和表面平滑度、熔池振荡幅度等，分别从几何形状、灰度分布及特殊点的位置变化这几个方面对熔池进行表征，用以描述熔池的特征及不同焊接条件下熔池形态的变化。
　　论文最后针对低碳钢短路过渡焊接过程，应用本系统采集不同焊接条件下的熔池图像，并根据前述图像处理流程对其进行处理，提取出熔池特征参数，探究熔池形态与焊接条件之间的关系。实验分析表明，焊接热输入量变化，熔池大小和形状均发生相应的变化；熔池灰度分布状况与熔滴短路过渡具有相同的周期和频率；工件对接焊接过程中，工件对中性的好坏可以在熔池形态上得到直接反映。由于本文的研究尚处于探索阶段，熔池形态信息传感的可靠性和准确度还需进一步的研究和完善。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 焊接过程中的视觉传感技术

1.3 图像处理技术

1.4 熔池视觉监测系统的研究现状

1.5 课题的主要研究内容

第二章 熔池视觉传感系统的建立

2.1 熔池特点

2.2 熔池图像采集系统

2.3 焊接电信号采集系统

2.4 本章小结

第三章 熔池图像特征参数的提取

3.1 熔池图像特点

3.2 熔池图像处理流程

3.3 熔池图像特征参数

3.4 本章小结

第四章 实验结果与分析

4.1 实验设备及条件

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文