電子束深熔焊熔池視覺采集系統(tǒng)與視覺特征研究.pdf

1、真空電子束焊作為一種高能束流焊接方法已被廣泛應(yīng)用于航空航天制造中。焊接自動(dòng)化一直是焊接工作者追求的目標(biāo)，作為自動(dòng)化焊接閉環(huán)系統(tǒng)重要內(nèi)容的焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測更是焊接界的重要研究內(nèi)容。真空電子束焊由于其熔池面積小、真空內(nèi)焊接等特殊性致使焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測難度更大。
　　本文基于CMOS視覺傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)并搭建一套用于真空電子束焊接的熔池圖像采集系統(tǒng)，進(jìn)行了大量的真空電子束焊接熔池圖像采集試驗(yàn)，材料包括高氮鋼、裝甲鋼、Q235、304不銹鋼

2、等。提取焊接熔池圖像輪廓和特征參數(shù)，結(jié)合熔池變化模型分析不同焊接特征下熔池特征參數(shù)的變化規(guī)律。
　　熔池圖像傳感采集系統(tǒng)包括CMOS攝像機(jī)和鏡頭、復(fù)合濾光系統(tǒng)、機(jī)械夾具、相機(jī)防護(hù)裝置、數(shù)據(jù)傳輸線路。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的攝像機(jī)與鏡頭匹配參數(shù)縮小拍攝圖像視野到64mm×48mm范圍，足夠識別出電子束熔池圖像，所設(shè)計(jì)的復(fù)合濾光系統(tǒng)保證鏡頭與光片之間同軸度，數(shù)據(jù)傳輸線路采用航空接插頭實(shí)現(xiàn)真空室內(nèi)外電路連接，有效地保證了電子束焊接對真空度的要求。<

3、br>　　在已有的熔池特征參數(shù)體系基礎(chǔ)上，提取Ib=75mA V=4mm/s焊接條件下高氮鋼、裝甲鋼對焊熔池匙孔輪廓并計(jì)算熔池及匙孔尺寸，還原得到的匙孔呈長軸沿著焊接方向的橢圓形，長軸×短軸=1.67mm×1.11mm。提取產(chǎn)生飛濺的熔池圖像特征參數(shù)，產(chǎn)生飛濺瞬間熔池面積減小、形狀復(fù)雜性增大，后拖角在延遲兩幀（2/115秒）后減小，最大變化幅度△γ=6.02;研究未熔透狀況下不同焊接參數(shù)下特征參數(shù)，隨束流電流增大熔池面積、形狀復(fù)雜性、對

4、稱度、后拖角增大，而這四項(xiàng)參數(shù)隨束流電流降低變化更劇烈，變化率分別達(dá)到17.17％，32.88％，7.21％和7.44％，這是由于增大束流電流在電子束的掃描攪拌作用下降低了液態(tài)金屬流動(dòng)的不均勻性，特征參數(shù)變化規(guī)律更平滑;研究不同熔透狀況下熔池特征參數(shù)變化規(guī)律，隨熔透增加，熔池面積和對稱度增大，形狀復(fù)雜性和后拖角減小，熔池面積差值占兩種熔透狀況下面積平均值的20％以上，后拖角γ降到100甚至更低為完全焊透的熔池;研究束流衰減階段熔池特征參