光纤激光深熔焊接的熔透与焊缝同步监测研究

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1、学校代号10532学号S1302W1018分类号TG665密级公开工程硕士学位论文光纤激光深熔焊接的熔透与焊缝同步监测研究学位申请人姓名李彬培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称张屹教授黄锐教授级高工学科专业机械工程研究方向先进制造技术与装备论文提交日期2016年05月20日学校代号：10532学号：S1302W1018密级：公开湖南大学工程硕士学位论文光纤激光深熔焊接的熔透与焊缝同步监测研究学位申请人姓名：李彬导师姓名及职称：张屹教授黄锐教授级高工培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2016年05月20日论文答辩日期：2016年05月28

2、日答辩委员会主席：金湘中教授StudyonSimultaneousMonitoringofPenetrationandSeamTrackingduringLaserDeepPenetrationWeldingbyLIBinB.E.(HubeiUniversityofArtsandSciences)2013AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHu

3、nanUniversitySupervisorProfessorZHANGYiandSeniorEngineerHUANGRuiMay，2016工程硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并

4、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打―√‖）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I光纤激光深熔焊接的熔透与焊缝同步监测研究摘要随着汽车行业对自动化程度要求的提高，激光焊接以其焊接速度快，焊接变形小，飞溅少，易于实现自动化等突出优点，逐渐成为汽车制造业主要的焊接方式之一。但由于激光光斑直径小，受工件焊接热变形等影响，易

5、引起光斑中心偏离焊缝。焊接质量难以长期保持稳定。采用机器视觉的方法对焊接过程进行监测引起广大学者重视。为实现激光焊接的熔透与焊缝同步监测，本文搭建了主动式同轴监测系统，对比分析了有无辅助光源条件下，并采用中心波长分别为532nm和808nm窄带滤光片同轴监测的小孔、穿透孔和焊缝图像特征。采用808nm激光辅助光源照明和808nm窄带滤光片能较好地消除光致等离子体/金属蒸气对拍摄的干扰，在强光干扰下，同一硬件系统中，同步拍摄采集到清晰的小孔、穿透孔及焊缝图像。本文采集了不同焊接工艺参数下的小孔、穿透孔以及焊缝的同轴图像。通过图像处理算法，提取相应的目标信息。熔透性提取

6、的图像处理过程主要包括开窗口、滤波、图像二值化、图像形态学处理等过程，经过图像处理后能够准确地提取出小孔以及穿透孔轮廓。分析不同焊接工艺参数焊接下的焊缝的力学性能、焊缝截面形貌以及焊缝宏观形貌，确定适度熔透的焊接工艺参数。建立熔透状态与穿透孔面积关系，实现熔透状态监测。缝宽间隙监测及焊缝跟踪监测图像处理过程主要包括开窗口处理、滤波、图像二值化、图像形态学处理以及霍夫变换等，经过这些图像处理过程能够准确地提取待焊缝隙的上下边缘，待焊缝隙的上下边缘的中位线为焊缝中心直线。计算小孔质心与焊缝中心偏差，实现待焊缝隙监测以及焊缝跟踪监测。针对图像处理中，小孔、穿透孔可能受到被

7、反射的辅助光、飞溅等干扰，造成提取失败。提出容错机制，利用小孔面积值区间及两次计算的焊缝中心直线斜率差值，作为判断提取失败的标准。如果提取失败，将上次计算的所有值赋值给本次计算结果，跳出本次计算，进行下一帧图像的计算。-42-22研究表明，当穿透孔面积均值在4.09×10mm~1.52×10mm时，焊件适度熔透。在本文提出的焊缝提取算法能识别的最小待焊缝隙为0.02mm，焊缝跟踪监测误差为0.043mm。本文处理一张图像平均时间为35.5ms，满足实时性要求。实现了激光深熔焊接的熔透与焊缝同步监测。论文研究结果对激光焊接实时监控以及激光焊接模拟研究具有重要的理论