大功率激光焊熔透正反同步檢測(cè)及焊縫背面成形預(yù)測(cè)算法研究.pdf

1、激光焊接技術(shù)在近代飛速發(fā)展，其具有速度快、功率密度高、較大的深寬比、可焊接難熔的材料并能對(duì)異種材料進(jìn)行焊接、實(shí)施非接觸遠(yuǎn)距離焊接、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)制造的各個(gè)領(lǐng)域。由于激光焊接功率密度高，激光光斑直徑小，所以對(duì)焊接設(shè)備以及工件的固定精度要求較高，否則就會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致焊件報(bào)廢。要獲得較好的焊接質(zhì)量，就必須在激光焊接過(guò)程中對(duì)激光焊接狀態(tài)有準(zhǔn)確的判斷。焊縫的成形質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量，獲得良好的焊縫成形質(zhì)量需要對(duì)焊接過(guò)程

2、中熔透的程度進(jìn)行很好的控制。
　　論文對(duì)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外熔透狀態(tài)檢測(cè)的方法進(jìn)行了歸納和比較，重點(diǎn)研究焊接過(guò)程中熔透的狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。針對(duì)熔透狀態(tài)不容易直接被檢測(cè)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)搭建了激光焊接試驗(yàn)平臺(tái)，并使用視覺(jué)傳感器獲取焊接過(guò)程中包含焊接特征信息的圖像，利用設(shè)計(jì)的試驗(yàn)平臺(tái)直接對(duì)匙孔熔透的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)建立大功率盤型激光焊接試驗(yàn)系統(tǒng)和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，獲取在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的各種特征信息，建立模式識(shí)別模型對(duì)熔透的狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)，再通過(guò)焊

3、后焊縫的成形檢測(cè)，驗(yàn)證所建立模型的有效性。
　　為了研究熔透和焊接過(guò)程中出現(xiàn)的各個(gè)焊接特征之間的聯(lián)系，分析熔透和焊縫成型以及對(duì)焊接質(zhì)量的影響，搭建了三個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，分別進(jìn)行了低碳鋼的激光焊接、不銹鋼的激光—電弧復(fù)合焊接、不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復(fù)合焊接、鋁合金5052的激光焊接、鋁合金6061的激光焊接以及鋁合金5052和鋁合金6061的激光對(duì)接焊接。對(duì)于低碳鋼的激光焊接，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，分別獲取了激光焊接過(guò)程中焊件的

4、正面和背面的焊接特征信息，以及焊件的正面和側(cè)面的焊接特征信息。通過(guò)改變焊接試驗(yàn)條件，得到不同的焊接條件對(duì)焊件正面和背面的焊縫寬度的影響，并分析不同的試驗(yàn)條件對(duì)熔透狀態(tài)的影響。對(duì)于不銹鋼以及不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復(fù)合焊接，和鋁合金的激光焊接，獲取了焊接過(guò)程中焊件側(cè)面和背面的信息特征。通過(guò)改變?cè)囼?yàn)條件，直接觀察熔透的狀態(tài)，分析各個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)焊件的焊縫成形的影響，以及各個(gè)焊接試驗(yàn)條件對(duì)熔透狀態(tài)的影響。
　　在大功率激光焊接試驗(yàn)過(guò)程中

5、，用兩臺(tái)高速攝像機(jī)組成視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。一臺(tái)為單色高速攝像機(jī)配備有紅外—可見(jiàn)光的濾光片，獲取焊接過(guò)程中焊件上表面的金屬蒸氣和飛濺的焊接特征信息，另一臺(tái)為彩色高速攝像機(jī)配備可見(jiàn)光的濾光片，通過(guò)放置在焊件下方的鏡子的反射，獲取焊接過(guò)程中焊件下表面的飛濺和匙孔熔透狀態(tài)的焊接特征信息。使用基于K均值聚類算法的彩色圖像分割算法對(duì)彩色圖像進(jìn)行處理，獲得焊件背面有效的飛濺和匙孔狀態(tài)的焊接信息特征。運(yùn)用小波算法對(duì)單色高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行處理，提取焊件正

6、面飛濺和金屬蒸氣的焊接特征信息。通過(guò)對(duì)匙孔熔透狀態(tài)信息的直接提取，發(fā)現(xiàn)焊接試驗(yàn)條件包括焊接速度、焊接激光功率以及焊縫的寬度的改變對(duì)熔深的狀態(tài)有直接的影響，而且焊接過(guò)程中出現(xiàn)的各個(gè)特征信息的變化趨勢(shì)與匙孔的熔透狀態(tài)有密切的關(guān)系。
　　建立模式識(shí)別模型對(duì)彩色圖像中焊接特征信息的提取，以及建立LMBP(Levenverg-Marquardt Back-Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)焊件背面焊縫寬度進(jìn)行預(yù)測(cè)。設(shè)計(jì)大功率

7、盤型激光焊接試驗(yàn)平臺(tái)，建立視覺(jué)傳感系統(tǒng)，獲取焊接過(guò)程中焊件上表面和側(cè)面表現(xiàn)出的焊接特征信息。建立模式識(shí)別模型對(duì)彩色圖像中焊接特征信息進(jìn)行提取，分別由彩色高速攝像機(jī)獲取的焊件側(cè)面的6個(gè)特征信息，和由單色高速攝像機(jī)獲取的焊件正面的3個(gè)特征信息。建立一個(gè)9輸入1輸出的LMBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)焊件背面焊縫的寬度進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，所建立的LMBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的穩(wěn)定性以及對(duì)焊件背面的焊縫寬度有較好的預(yù)測(cè)能