基于同轴视觉传感的激光穿透焊接焊缝尺寸检测

利用CMOS同轴视觉传感系统,通过分析匙孔和熔池区域光辐射的特征,对Nd∶YAG激光深熔焊接的焊缝形态进行了检测。结果表明,在匙孔穿透型激光深熔焊接中,匙孔在工件背面穿透将导致光辐射衰减区域的出现,衰减区域的尺寸和光辐射衰减的程度均随着焊接速度的增加而减小,且相对于匙孔的前沿,其位置向熔池的后方移动。通过分析匙孔区域的光辐射衰减程度和匙孔前壁角度的变化,将光辐射分布的特征与焊缝的尺寸结合起来,建立了两者之间的对应关系,从而实现了焊缝尺寸的检测。

基于同轴视觉监测的激光深熔焊缝熔深监测

基于激光深熔焊接过程中稳态下小孔前壁材料气化满足的能量平衡以及在同轴视觉传感监测中提取出的小孔的径向尺寸建立了小孔深度的提取迭代方程,并基于小孔的深度实现了焊缝熔深的同轴视觉传感监测。试验结果表明：工件未焊透时,焊缝熔深的监测—计算值和试验测量值具有较好的一致性,其监测误差一般不超过12％；而工件完全焊透后,焊缝熔深的监测—计算值大于工件厚度,并基于此实现了工件是否焊透的判断。研究结果表明：基于同轴视觉传感和小孔前壁材料气化能量平衡建立的激光深熔焊缝熔深提取模型,可以有效实现激光深熔焊缝熔深的监测。

CO_2激光焊同轴视觉系统及熔透状态检测的研究

本文对CO2 激光深熔焊的CO2 激光、等离子体辐射和熔池辐射光谱进行了分析和实验研究 ,在此基础上研制成功了基于具有特殊功能镀膜的分光镜、综合滤光系统和CCD摄像机的CO2 激光焊同轴视觉系统 ,解决了熔池图像同轴检测和等离子体强辐射干扰等关键技术 ,较清晰地实时显示俯视小孔穿透状态的二维图像。发现了焊接过程中焊缝熔透状态由“未熔透”或“仅熔池透”变为“适度熔透 (小孔穿透 )”时小孔图像变化的规律 ,获得了理想熔透状态的图像特征 ,为进一步进行熔透闭环控制打下了基础。

激光深熔焊接过程中小孔径向尺寸及其动特性

通过对小孔同轴视觉图像的处理提取出小孔径向尺寸,研究了小孔径向尺寸随焊接规范参量变化的动特性。研究结果表明,小孔径向尺寸在工件未焊透时随激光功率的增大而增大,在焊透时小孔径向尺寸随激光功率的变化较小;随着焊接速度的增加,小孔的径向宽度逐渐减小,而其长度有一个先减小后增大再减小的波动过程;离焦量在一定的范围内,在足够高的激光能量密度下,激光辐照范围的增大使得小孔径向尺寸与激光光斑同步变化。