基于图像的激光深熔焊过程参量测量研究

论文摘要

大功率激光焊接利用高能激光束使焊接材料在毫秒级时间内发生熔化、汽化、电离等现象,该过程时间短暂、机理复杂,影响焊接质量的各因素难以直接测量。本文利用图像处理技术,对激光深熔焊过程的高速摄像图片进行分析,测量激光深熔焊过程中的特征参数,为进一步研究激光深熔焊机理提供依据,同时为激光深熔焊的在线监测提供方法借鉴。基于激光深熔焊过程测量的研究现状,首先分析当前激光深熔焊测量的问题与焊缝质量的影响因素,并分析图像处理技术可以用于激光深熔焊过程测量的条件。在此基础上,开发了一套“激光焊接过程图像处理与分析系统”软件,对激光深熔焊过程飞溅图片进行处理,提取飞溅熔滴的直径和最大速度,研究分析其间关系,利用偏最小二乘法,建立飞溅状态预测模型。此外,对激光深熔焊过程熔池图片进行分析,分别从熔池的灰度变化,三原色值变化出发,建立了激光深熔焊过程温度场分布特征,并以此构造熔池中心线上点的时间历程模型,然后计算液态熔池停留时间。实验表明,采用激光焊接过程连续拍摄的照片作为分析对象,可以复现激光焊接过程,焊接过程参量测量方法更加简单,且大大降低实验成本,为实际工程中获得高质量的激光焊接结构提供了可借鉴的应用基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.2 激光深熔焊综述
• 1.3 激光深熔焊图像测量研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 2 基于图像技术的激光深熔焊过程研究基础
• 2.1 计算机图像处理基础
• 2.1.1 数字图像处理导论
• 2.1.2 数字图像在计算机中的存储方式
• 2.1.3 算法基础
• 2.2 计算机图像技术与激光深熔焊过程研究的契合点
• 2.2.1 计算机图像技术用于激光深熔焊过程研究的条件
• 2.2.2 计算机图像技术用于激光深熔焊过程研究的可行性
• 2.2.3 计算机图像技术用于激光深熔焊过程研究的优越性
• 3 基于图像的测量系统应用软件设计
• 3.1 软件需求分析
• 3.2 软件概要设计
• 3.2.1 软件生存期模型选择
• 3.2.2 软件系统结构设计
• 3.2.3 软件开发平台选择
• 3.3 软件人机界面设计
• 3.3.1 人机界面的设计风格
• 3.3.2 人机界面的设计原则
• 3.3.3 软件界面设计
• 4 激光深熔焊过程飞溅测量研究
• 4.1 评价思想的提出
• 4.2 激光深熔焊飞溅各参数的测量
• 4.3 激光深熔焊飞溅评价建模
• 4.3.1 简化的偏最小二乘法简介
• 4.3.2 激光深熔焊飞溅评价建模
• 4.4 误差分析
• 5 激光深熔焊过程温度场分布测量研究
• 5.1 颜色测温基础
• 5.2 激光深熔焊温度场各参数的测量
• 5.3 激光深熔焊温度场分析
• 5.3.1 熔池温度场分析
• 5.3.2 中心线上点的时间历程
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献