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摘要 激光焊接以快速焊、深熔焊等形式成为工业领域中重要的加工技术。 大功率光纤激光焊接设备搭配灵活，在光束质量、加工效率具有明显优势。焊接过程中，熔池形态与焊接质量密切相关，对熔池的实时监测可判断焊接状态。 本文以大功率光纤激光焊为试验对象，采用平板自熔焊在不同功率与焊接速度条件下观察分析熔池特征。 激光焊接过程存在强烈的金属蒸汽， 试验中通过红外视觉传感器采集熔池红外图像序列，融合图像频域和空域分析方法，采取中值滤波、阈值分割、数学形态学、频域滤波和prewitt 边缘检测算子等方法处理图像，进而分析熔池和匙孔形态，提取匙孔宽度和熔池面积等焊接质量的特征参数，并对不同工艺参数下的熔池特征进行了比较。 31797
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毕业论文关键词 大功率光纤激光焊 视觉传感 熔池特征识别
Title Research on Fiber Laser Wielding Off-axial Vision Sensor System
Abstract Fiber laser wielding has become an important processing technology in the form of quick wielding, deep penetration wielding and so on. High-power fiber laser wielding equipment can match flexibly, with obvious superiority in its light beam quality and processing effect. During wielding , the connection between wielding pool shape and wielding quality is closely related, so the real time monitoring to the wielding pool can better judge the wielding state. This paper took high-power fiber laser wielding as test object, and use plating self-fusible wielding of different powers and wielding rate to observe and analyze the characteristics change of wielding pool. There exists strong metallic vapor during the wielding. In this test, by the methods of collecting wielding pool infrared images series with infrared vision sensors and fusing frequency domain and spatial domain of the images, and use median filter, threshold segmentation, mathematical morphology, frequency domain filtering and prWitt edge detection operator to process images, so the shapes of wielding pool and keyhole can be better analyzed. To extract feature parameters of wielding quality, such as keyhole widths and wielding pool areas, wielding pool characteristics under different technological parameters can be compared.
Keywords High-Power fiber laser wielding; vision-based; wielding pool characteristic recognition
目次
1引言..1
1.1激光焊接概述.1
1.2视觉传感概述.2
1.2.2被动光与主动光视觉法3
1.2.3旁轴与同轴视觉传感..3
1.3熔池图像处理概述4
1.4主要研究内容.4
2试验系统.6
2.1系统概述..6
2.2硬件结构..6
2.2.1YLS-10000光纤激光系统..6
2.2.2机器人系统.7
2.2.3YW52焊接头.9
2.2.4旁轴视觉传感系统11
2.2.5软件平台..12
2.3试验方案.12
3熔池图像的增强15
3.1噪声滤除.15
3.2频域图像增强16
4熔池图像的分割与提取18
4.1阈值分割.18
4.1.1全局阈值..18
4.1.2迭代法.18
4.1.3Otsu法.18
4.2数学形态方法20
4.2.1膨胀与腐蚀20
4.2.2开运算与闭运算..21
4.3边缘检测.22
4.3.1Roberts边缘检测算子22
4.3.2Sobel边缘检测算子..23
4.3.3Prewitt边缘检测算子23
4.4熔池红外特征提取..23
4.4.1熔池匙孔面积.24
4.4.2熔宽检测..24
4.4.3参数对比..25
结论..27
致谢..28
参考文献29
1 引言 随着机器人技术与激光技术的发展，高质量、低变形、高精度与高效率的激光焊接已经成为当今倍受瞩目且最具发展前景的焊接技术之一[1]。 科技的不断进步，让一系列的电子设备也不断升级，例如CCD 摄像机、硬盘、计算机系统等，利用视觉传感技术从工件正面以非接触的方式直接检测焊接熔池特征状态，实现了以低成本运作下的自动化检测。大功率激光焊中，焊接熔池及等离子体蒸汽中辐射出各种波长的光信号，给予我们许多与焊接质量相关的技术参数信息[2]。 由于当下许多的图像无法直接获取高清模式，图像常常很模糊，不利于观察分析，所以图像处理技术得到了大力度的发展，图像处理就是能够让人们更加直观的去观察和分析图像，比如去噪声、增强图像、压缩大小、复原图像、清晰化、三文重建（更多被认为是计算机视觉的课题）、水印、图像特效等等。 图像处理研究目的是获取熔池几何参数进而检测焊接质量，因此， 检测出熔池的几何参数并且对这些参数加以分析对于整个焊接过程都有相当大的帮助。 1.1 激光焊接概述 随着现代大部分高科技领域的迅猛发展，产品零件结构也趋于复杂化，对材料性能的要求也有了更高的要求，对产品质量与加工精度的要求更加的严格；同时，人们对于工作环境以及生产效率的要求也越来越高。激光焊接在满足以上要求的情况下还具有以下优势[3]：