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3.5本章小结28
第四章摇动电弧窄间隙焊接视觉传感算法分析..29
4.1坡口变化对熔池图像的影响.29
4.2图像空间与实际空间的位置分析..29
4.3图像标定30
4.4图像处理优化.31
4.5图像处理过程.32
4.4.1图像窗口位置截取处理流程32
4.4.2小窗口坡口图像处理流程.35
4.4.3小窗口焊丝图像处理流程.36
4.4.4焊缝偏差检测结果.37
结论39
致谢40
参考文献.41
附录44
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义 当今时代，工业技术的快速进步，特别是重工业的发展，例如船舶重工业以及海洋工程的发展非常迅速， 带动了与其相关的一系列工业设备的发展，呈现大型化、高参数化的发展趋势，因此大厚板焊接结构的应用变得非常广泛[1]。过去采用的大厚板焊接技术存在一些缺陷， 主要包括焊接时坡口面积的增大，焊接工程量的倍增；厚板需要较大的填充量，使拘束度较大，因此在焊接接头形成的残余应力与残余变形很大；除此之外，接头的力学性能，包括韧性以及塑性都会受到很大的影响，产生损伤[2]。窄间隙焊接技术与传统技术相比较，在诸多性能上更为优越：首先，窄间隙减少了焊缝横截面积，降低了焊接材料与电能消耗，从而既提高了焊接生产效率，也降低了焊接生产成本；其次，窄间隙的坡口深而窄，有利于焊接区的冶金保护，提高了焊缝金属的冶金纯度；最后，熔池冷却速度快，焊接线能量小，使焊缝组织更加细密，降低了韧性以及塑性的损失，提高其力学性能[1]。综上所述，对于现代工业而言，窄间隙焊接技术已成为大厚板结构件焊接的首选技术。 窄间隙焊接技术的首次提出是在 1963 年，在《铁时代》杂志上进行刊登[3]，因为在初次面世时，就展现出了其相对于传统焊接技术的先进性，所以得到了众多的研究关注[1]。在窄间隙焊接的过程中，焊接坡口会由于加工不精确，装配误差以及受热发生变形等因素的影响，使焊缝中心位置与坡口中心位置发生偏移。这样即使采用摇动电弧焊接法，高速旋转电弧焊接法，蛇形焊丝焊接法等控制坡口侧壁熔透的新工艺也不能保证电弧始终均匀有效的加热坡口侧壁，另外也难以保证获得的焊缝的高度稳定，从而影响焊缝质量[4]。 为了获得高质量的焊接接头，需要在焊接过程中进行实时监测，根据实际情况进行相应的调整。在窄间隙气体保护焊的焊接过程中，焊丝不可避免地受到弧光、烟雾和飞溅等干扰，而现有的技术不能够有效的避免这些影响，所以需要开发具有高抗干扰和高适应性的焊缝跟踪和视觉提取技术，进行焊接过程实时跟踪监测，保证电弧的摇动中心与坡口中心处于一条直线上[5]。 进入21世纪以来，电子技术应用广泛，图像处理相关理论发展迅速，视觉传感方法在工业中的应用，尤其是焊接中的应用不断扩大[6]。利用视觉传感器获取熔池图像，再通过相应的偏差检测算法，提取出表征焊缝偏差的特征值，达到实时控制与显示的目的[7]。这样根据偏差检测进行调整，就可以达到焊缝跟踪的效果，调高焊接质量。源:自;751'-论.文,网·www.751com.cn/ 因此，针对摇动电弧窄间隙焊接的特点，开发出一套合理的偏差检测系统，提取出表征焊缝偏差的特征值，对于后期的焊接偏差实时控制打下了基础，同时增强窄间隙焊接自动化、智能化应用的可能性。
1.2 窄间隙焊接的发展历程 对于窄间隙焊接的定义，日本压力容器委员提出，对 30mm 厚度以上的板材，如果材料上加工出的坡口间隙厚度小于材料本身的厚度，对这种材料进行焊接即可列为窄间隙焊接[8, 9]。此后，人们根据窄间隙的工业应用价值以及场合，对窄间隙采用的焊接方法和材料进行了大量的研究[10]。目前，几种主要的窄间隙焊接技术如图1-1所示： 窄间隙焊接{ 熔化极{ 气保护方式{ 窄间隙CO2焊(NG-CO2)窄间隙混合气体保护焊(NG-MAG)窄间隙惰性气体保护焊(NG-MIG)渣气联合保护方式{ 窄间隙埋弧焊(NG-SAW)窄间隙药芯焊丝电弧焊(NG-FCAW)窄间隙手工电弧焊(NG-SMAW)非熔化极 → 气保护方式 → 窄间隙钨极氩弧焊(NG-TIG)高能束密度焊{窄间隙激光焊(NG-LBW)窄间隙电子束焊(NG-EBW) 图 1-1 窄间隙焊接方法分类 （1）窄间隙埋弧焊：窄间隙埋弧焊的焊接接头具有良好力学性能，包括抗延迟冷裂能力较高，相较于传统的开宽坡口埋弧焊所得的焊接接头，具有更高的强度和更好的冲击韧性强度[11, 12]。因此，在重型焊接结构件，尤其是低合金钢厚壁容器方面的焊接应用广泛[13]。一般采用多层焊，但由于坡口间隙窄，层间清渣困难，对焊剂的脱渣性能要求高，尚需发展合适的焊剂[14, 15]。 （2）窄间隙 MIG焊：MIG焊采用惰性保护气体，焊接质量极为可靠[16]。因此在对于焊接质量要求较高的高强钢焊接场合中，应用非常广泛。