大功率盘形激光焊金属蒸汽和飞溅图像特征识别
激光焊接技术是21世纪一种重要的焊接零件加工方式。激光的能量高度集中，对金属快速加热并加工后，金属能快速冷却，具有热变形小，热影响区小的特点。它能够焊接难熔、难焊的金属，如钛合金、铝合金等。此外，激光焊接过程对环境没有污染，技术简便。因此，激光焊接技术的应用越来越广泛，在电子、国防、仪表、电池等工业领域，医疗仪器以及许多行业中均得到了广泛应用。大功率盘形激光焊接是当前先进的激光焊接技术之一，具有功率密度高、光束质量优良、大深宽比和极高的激光利用率等优点。
金属蒸汽和飞溅是大功率盘形激光焊接过程中产生的一种重要现象，其与焊接质量以及焊接过程的稳定性等有着密切联系，研究金属蒸汽和飞溅图像的识别技术对提高焊接质量具有重要意义，是实现焊接过程在线监控的重要基础之一。试验以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象，在紫外波段和可见光波段应用高速摄像机摄取焊接过程中产生的金属蒸汽和飞溅的瞬态特征，运用中值滤波、维纳滤波、亮度变换、阈值分割、边缘检测等图像处理技术对金属蒸汽和飞溅图像进行预处理，定义并提取金属蒸汽的质心与焊接点连线与水平轴夹角的正切值(＜90°)、金属蒸汽最高点的横坐标、金属蒸汽的密集度、金属蒸汽质心的极坐标（极角和矢径）、飞溅的数量和面积、飞溅灰度图像的平均灰度和熵9个特征参数，探索焊接过程金属蒸汽和飞溅特征参数变化规律与焊接质量之间的联系。各选取7个不同的特征参数组成特征向量，分别应用主成分分析法和K-L变换法进行特征变换。以焊缝宽度作为衡量焊接质量与焊接过程稳定性的因素，并根据实际缝宽将金属蒸汽和飞溅图像分成焊接质量好的和焊接质量差的两类，运用k近邻法对图像进行自动识别分类，建立金属蒸汽和飞溅图像特征与焊接质量之间的识别模型。试验结果表明，金属蒸汽和飞溅图像特征参数的变化能很好地反映大功率盘形激光焊焊接过程，分别应用主成分分析法和K-L变换法对原始特征进行特征变换，并运用k近邻法对金属蒸汽和飞溅图像进行分类，可以获得较好的识别效果，为实现焊接质量的实时监控提供了理论和试验依据。
大功率盘形激光焊接;金属蒸汽;飞溅图像;主成分分析;k近邻法;特征识别
广东工业大学
硕士
机械电子工程
高向东
2013
中文
TG439.4;TP391.41
87
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）