不均匀激励磁场下的微间隙焊缝磁光成像规律研究

摘要

在焊接过程中，精确的焊缝跟踪是获得良好焊接质量的关键，而焊缝跟踪的前提是准确识别焊缝的位置。针对焊缝间隙小于O.lmm的微间隙焊缝，目前还没有有效的识别方法。为了精确检测微间隙焊缝位置，本文提出一种基于磁光成像传感技术的微间隙焊缝识别新方法。
　　磁光成像传感器的成像原理是法拉第磁光效应，在采集微间隙焊缝磁光图像时需要先对焊件进行磁化，而由于激励磁场本身的不对称性以及焊件材料的不均匀性等因素，焊件磁化时的不均匀性不可避免，焊件感应磁场总会存在一定的波动和变化，从而影响焊缝的磁光成像效果，不利于焊缝位置的精确识别。为了能够去除焊缝磁光成像中的不均匀影响因素，提高磁光成像微间隙焊缝识别的精度，首先需要对非均匀激励磁场下的磁光成像进行研究。
　　本文以焊件的磁化方式为出发点，研究当激励磁场在水平方向上存在明显不均匀性时的微间隙焊缝磁光成像现象和规律。利用若干马蹄形永磁铁，构造一个在水平方向上存在明显不均匀性的激励磁场，从而获得不均匀磁场下的微间隙焊缝磁光图像。在研究不均匀激励磁场下微间隙焊缝磁光成像规律时，提出一个焊缝过渡区斜率的表征方法，利用焊缝过渡区斜率能准确判断不均匀磁场下的焊缝磁光成像效果和变化趋势。在焊缝过渡区斜率的基础上提出一种焊缝磁光图像质量标准的制定方法，从而筛选出有效的焊缝磁光图像。针对不均匀磁场下微间隙焊缝磁光图像的特点，引入一种多尺度多结构元素的形态学边缘检测算子，有效提取出不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像的特征信息。最后根据焊缝区域磁感应强度分布和从焊缝磁光图像中提取的焊缝特征信息建立了不均匀磁场下焊缝中心偏移量的预测模型。
　　通过对不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像的规律进行研究，获得了能判断焊缝磁光成像效果的过渡区斜率参数，并提出了筛选有效焊缝磁光图像的方法，从而能够在不均匀磁场下提取焊缝位置信息并预测每一时刻的焊缝中心偏移量，为减小不均匀激励磁场对磁光成像微间隙焊缝识别的影响奠定了试验依据和理论基础。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 激光焊接概述

1．3 焊缝识别视觉传感技术研究现状

1．4 选题意义及主要研究内容

1．4．1 课题选题意义

1．4．2 课题主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像试验系统

2．1 试验系统概述

2．2 硬件结构

2．2．1 多光纤输出脉冲YAG激光器

2．2．2 运动控制工作台

2．2．3 图像采集系统

2．2．4 磁场发生装置

2．2．5 其它硬件

2．3 试验方案

2．4 本章小结

第三章 不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像规律研究

3．1 微间隙焊缝磁光成像特征变化特点

3．1．1 微间隙焊缝磁光成像机理

3．1．2 不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像现象

3．2 微间隙焊缝磁光成像特征变化规律

3．2．1 不均匀磁场下焊缝区域磁感应强度测量

3．2．2 基于磁感应强度的微间隙焊缝磁光成像规律

3．3 本章小结

第四章 不均匀磁场下微间隙焊缝磁光成像特征提取

4．1 微间隙焊缝磁光图像预处理

4．1．1 图像平滑

4．1．2 图像对比度增强

4．1．3 图像分割

4．2 形态学基本运算

4．3 传统形态学边缘检测算子

4．4 多尺度形态学边缘检测

4．4．1 多尺度结构元素

4．4．2 多尺度形态学边缘检测算子

4．5 多尺度形态学提取磁光图像焊缝特征

4．6 本章小结

第五章 不均匀磁场下微间隙焊缝中心偏移量预测模型

5．1 焊缝中心偏移量分析

5．1．1 Y方向上磁感应强度分布分析

5．1．2 不均匀磁场下焊缝中心偏移量提取

5．2 神经网络预测焊缝中心偏移量

5．2．1 BP神经网络

5．2．2 焊缝中心偏移量预测模型的建立

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢