钛合金焊接结构缺陷检测与定位方法

论文摘要

本文的研究对象是航天飞行器上某钛合金构件,焊接方法采用激光焊。激光焊接钛合金时由于冷却速度快,很容易生成气孔等体积型缺陷,因此为了确保航天飞行器的安全,必须对该构件进行无损检测。基于这种背景,本文对钛合金复杂结构激光焊缝缺陷的检测和定位方法进行了研究。针对钛合金复杂结构的特点,本文利用X射线实时成像系统,采用旋转视差法对其进行了检测。根据光栅对线灰度特征曲线的影响确定了对缺陷进行定位的特征点。针对检测过程中可能出现的工件倾斜现象,本课题利用矩不变特性对其倾斜角度进行了计算,并进行了校正。结合线灰度特征曲线,在模拟背景的基础上,提出了基于曲线拟合的方法来确定定位特征点。根据工件结构和检测图像,建立了工件中缺陷埋藏深度和偏移量的数学模型,并推导出了相应的数学公式。为了提高检测效率和检测精度,本文针对对缺陷定位精度影响较大的投影距离设计了详细的算法,实现了投影距离的自动提取。为了检验缺陷定位的精度,本课题结合实际焊缝对计算结果进行了验证,并根据计算结果统计分析了缺陷分布的空间位置信息。为了实现焊缝缺陷的批量检测,开发了基于Matlab和C++接口的焊接缺陷评价系统的封装程序。设计了人机交互的界面,在该界面中只需输入工件检测的图像名称和相关结构数据,通过调用相关的控件,就可以自动实现图像处理、缺陷定位。同时利用生成的焊接缺陷空间位置信息,通过封装焊接缺陷可视化系统程序,实现了焊缝中缺陷位置的可视化,该程序大大提高了检测效率和检测精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 课题相关内容的研究现状
• 1.2.1 射线检测技术的发展概况
• 1.2.2 缺陷定位的研究现状
• 1.2.3 射线检测微小缺陷分割和提取研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 检测方案确定及倾角校正
• 2.1 X 射线实时成像系统
• 2.2 精密激光焊件结构
• 2.3 检测方案确定
• 2.4 线灰度特征分析及定位特征点选定
• 2.4.1 灰度特征分析
• 2.4.2 定位特征点选择
• 2.4.3 光栅对线灰度影响分析
• 2.5 倾斜角度计算及校正
• 2.5.1 矩特征理论基础
• 2.5.2 刚体的性质
• 2.5.3 基于矩不变特征计算图像倾斜角度
• 2.6 本章小结
• 第3章 缺陷空间定位
• 3.1 定位特征点的确定
• 3.1.1 线灰度与工件厚度关系
• 3.1.2 定位特征点确定
• 3.2 缺陷空间定位
• 3.2.1 缺陷空间定位数学模型建立
• 3.2.2 实际焊件中缺陷空间数据自动提取算法设计
• 3.2.3 实际焊件缺陷数据验证
• 3.2.4 实际焊件中缺陷空间位置数据分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于Matlab 接口的软件开发
• 4.1 GUI 图形界面编程概述
• 4.1.1 GUI 基本概念
• 4.1.2 GUI 对象层次结构
• 4.2 基于Matlab-GUI 的缺陷自动提取及可视化封装
• 4.2.1 GUI 界面设计步骤
• 4.2.2 焊接缺陷评价系统
• 4.3 基于Matlab 与C++语言接口的二次开发
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢