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摘要 摘要 精确控制激光束使其始终对准并跟踪焊缝是保证激光焊接质量的前提,以匙孔 效应为机理的激光深熔焊由于激光束光斑直径小,对焊缝间隙大小敏感,导致精确 控制激光束对准并跟踪焊缝路径十分困难。为此,实现跟踪任务必须首先实时检测 焊缝路径相对于激光束的位置偏差;而基于视觉传感的焊缝识别是目前最先进最具 有代表的一种传感技术。 论文不同于传统方法通过c c d ( c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ) 视觉传感器直接拍摄熔 池前端焊缝图像,利用图像处理技术检测焊缝边缘信息得到焊缝坡口中心位置;而 是采用高速红外视觉传感法,设计一种新型焊缝偏差测量方法。通过高速视觉传感 器获取熔池红外图像序列,依据激光束偏离焊缝时熔池红外辐射定理,研究熔池在 焊接过程中的动态变化规律,结合图像处理方法,提取熔池与匙孔形态特征参数作 为焊缝偏差的测量信息,试验证明这一方法能体现激光束偏离焊缝的实际情况。 其次,针对目前焊缝跟踪技术缺乏无坡口焊缝识别能力与焊缝偏差预测功能, 本文重点研究一种基于k a l m a n 滤波的系统状态最优估计方法,建立焊缝路径与激光 束偏差实时测量与跟踪的预测模型,研究k a l m a n 滤波实现焊缝预测跟踪新方法。 工艺试验以大功率光纤激光焊接3 0 4 不锈钢为试验对象,研究在色噪声环境下 应用k a l m a n 滤波最优状态估计预测激光束与焊缝路径偏差。从红外熔池热像中提取 焊缝位置参数并构成状态向量,建立基于焊缝位置参数的系统状态方程和焊缝位置 测量方程。文中分别研究了系统动态噪声和传感器测量噪声为色噪声时,通过扩展 状态变量和增广测量方法建立了色噪声环境下的k a l m a n 滤波算法,算法对系统状态 进行最优估计,得到最小均方差条件下的焊缝偏差最优预测值,现实消除系统噪声 和测量噪声对焊缝偏差测量的影响。试验结果证明带预测功能的新方法可有效抑制 色噪声干扰并能够提高焊缝跟踪精度。 最后,研究了过程噪声与测量噪声统计特性的不确定性对焊缝跟踪带来的影响, 提出了一种补偿噪声统计不确定性带来的滤波误差的人工神经网络方法。在不同工 艺试验条件下验证了神经网络有利于提高滤波精度与稳定性,可抑制滤波发散。 关键词:激光焊接;路径识别与跟踪;k a l m a n 滤波状态估计;神经网络;色噪声 广东工业大学硕士学位论丈 a b s t r a c t a c c u r a t e l yc o n t r o l l i n gt h e l a s e rb e a mt of o l l o wt h ew e l d i n g p a t h i st h e p r e r e q u i s i t e f o rs u c c e s s f u ll a s e rw e l d i n gq u a l i t y d u r i n gp e n e t r a t i o nf u s i o nl a s e r w e l d i n g b a s e do nk e y h o l em e c h a n i s mp r o d u c t i o nas m a l ld i a m e t e rs p o tw h i c h s e n s i t i v et ot h eg a po fs e a m ,t h a tl e a dt oc o n t r o ll a s e rb e a mt r a c k i n gw e l d i n gp a t hw a s b e c a m ev e r yd i f f i c u l t t h e r e f o r e ,a c h i e v et h et r a c k i n gt a s km u s tf i r s tr e a l t i m e d e t e c t i o nt h ed e v i a t i o no fw e l d i n gp a t hr e l a t i v el a s e rb e a m ,a n dt h es e a md e t e c t i o n b a s e do nv i s i o ns e n s o ri st h em o s ta d v a n c e da n dt y p i c a lt e c h n o l o g yi nn o w a d a y s t h et r a d i t i o n a lm e t h o do fs e a md e t e c t i o nb a s e do nc c d ( c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ) v i s i o ns e n s o ri sd i r e c t l yt oc a t c ht h ew e l d i n gp o o li m a g e s ,a n dt h ee d g ei n f o r m a t i o no f w e l d i n gs e a mh a sa c q u i r e dt h r o u g hi m a g ep r o c e s s i n g t h i st h e s i s ,w h i c hi sd i f f e r e n t f r o mt r a d i t i o n a lm e t h o dd e t e c t i o nt h ew e l d i n gp o s i t i o no n l yf r o me d g ei n f o r m a t i o nb y i m a g ep r o c e s s i n g ,b u ta d o p t sah i g h - s p e e di n f r a r e dv i s u a ls e n s i n gm o d ea n dp r o p o s e s an e wm e a s u r e m e n tm o d ef o rs e a md e v i a t i o n ,t h ed y n a m i cm o l t e np o o lh a sb e e n c a p t u r e db yh i g h s p e e di n f r a r e dv i s u a ls e n s o ri nw e l d i n gp r o c e s s i n g ,u s i n ge f f e c t i v e i m a g ep r o c e s s i n ga l g o r i t h mt oe x t r a c tt h es h a p ep a r a m e t e rf r o mm o l t e np o o li m a g e s w h i c hc a nu s i n ga st h ei n f o r m a t i o no fs e a mo f f s e t t h ee x p e r i m e n th a sp r o v e dt h e c r e d i b i l i t yo ft h es h a p ep a r a m e t e r s i n d i c a t i o no fa c t u a ll a s e rb e a md e v i a t i o nf r o mt h e w e l d i n gs e a m s e c o n d l y ,c o n t r a p o s et h es e a mt r a c k i n gt e c h n o l o g yl a c kr e c o g n i z i n ga b i l i t yf o r n og r o o v ew e l d i n gp a t ha n dd e v i a t i o ne s t i m a t i o nf u n c t i o ni nr e c e n t l yd a y s ,t h i st h e s i s l a y se m p h a s i so nt h er e s e a r c hf o ro p t i m a le s t i m a t i o ns y s t e ms t a t eb a s e do nk a l m a n f i l t e r i n g ( k f ) ,ae s t i m a t i o nm o d e lw a se s t a b l i s h e df o rs e a mt r a c k i n ga n dm e a s u r e m e n t d e v i a t i o nw h i c hb e t w e e nl a s e rb e a ma n dw e l d i n gp a t h d e v e l o p e dan e wm e t h o df o r s e a me s t i m a t i o na n dt r a c k i n gb a s e do nk a l m a nf i l t e r i n g d u r i n gl a s e rb u t t - jo i n tw e l d i n go ft y p e3 0 4a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e lp l a t ew i t ha h i g h p o w e rf i b e rl a s e r ,a na p p r o a c hw a si n v e s t i g a t e dt o e s t i m a t et h es e a mo f f s e t b e t w e e nt h el a s e rb e a ma n dt h ew e l db yu s i n gt h ek a l m a nf i l t e r i n go p t i m a ls t a t e e s t i m a t i o nw i t hc o l o r e dn o i s e s a ni n f r a r e ds e n s i t i v eh i g h - s p e e dv i d e oc a m e r aw a s u a b s t r a c t u s e dt oc a p t u r et h ed y n a m i ci m a g e so fm o l t e np o o l s t h ew e l dp o s i t i o np a r a m e t e r s f r o mam o l t e np o o lt h e r m a li m a g ew e r ee x t r a c t e da sas t a t e e i g e n v e c t o r as t a t e e q u a t i o nb a s e do nt h ew e l dp o s i t i o np a r a m e t e r sa n daw e l dp o s i t i o nm e a s u r e m e n t e q u a t i o nw e r ee s t a b l i s h e d c o n s i d e r i n gt h a tt h es y s t e mp r o c e s s i n gn o i s e sa n d m e a s u r e m e n tn o i s e sw e r ec o l o r e dn o i s e s ,ak fa r i t h m e t i cw i t hc o l o r e dn o i s e sw a s e s t a b l i s h e db ya u g m e n t i n gt h es t a t ev a r i a b l e sa n dt h em e a s u r e m e n ti n f o r m a t i o no f w e l d i n gp o s i t i o n t h e r e f o r e ,t h eo p t i m a lp r e d i c t i o no ft h es e a mo f f s e tc o u l db e o b t a i n e dt h r o u g ht h eo p t i m a ls t a t ee s t i m a t i o no fw e l dp o s i t i o nu n d e rt h el e a s ts q u a r e s c o n d i t i o n a l s o ,t h i sk fw a sa p p l i e dt or e d u c et h ee r r o ro fw e l dp o s i t i o nd e t e c t i o n c a u s e db yt h ed y n a m i ca n dt h em e a s u r e m e n tn o i s e s ,a n dc o u l de s t i m a t et h es e a m o f f s e tb e t w e e nt h el a s e rb e a ma n dt h ew e l da c c u r a t e l y a c t u a lw e l d i n ge x p e r i m e n t s d e m o n s t r a t e dt h a tt h es e a mt r a c k i n ga c c u r a c yc o u l db ep r o m o t e da n dt h ed i s t u r b a n c e i n f l u e n c ef r o mt h ec o l o r e dn o is e sc o u l db er e d u c e db yu s i n gk a l m a nf i l t e r i n gw i t h v a r i a b l ea n dm e a s u r e m e n ti n f o r m a t i o na u g m e n t a t i o n l a s t l y , t h eu n c e r t a i n t ys t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e mp r o c e s s i n gn o i s e sa n d m e a s u r e m e n tn o i s e s ,w h i c hi s i m p a c tt ok a l m a nf i l t e r i n gf o rw e l d i n gp a t ht r a c k i n g h a v eb e e nr e s e a r c h e d ,a na p p r o a c hw a si n v e s t i g a t e dt oe l i m i n a t et h ei m p a c to fn o i s e s u n c e r t a i n t ys t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c sb yu s i n gn e u r a ln e t w o r kc o m p e n s a t e dt h ee r r o ro f k a l m a nf i l t e r i n g a c t u a lw e l d i n ge x p e r i m e n t sp r o v e dt h a tt h ep r e c i s i o na n d s t a b i l i t yo f k a l m a nf i l t e r i n gf o rs e a mf r a c k i n gw a si m p r o v e db yn e u r a ln e t w o r k k e y w o r d s :l a s e rw e l d i n g ;p a t hd e t e c t i o na n dt r a c k i n g ; k a l m a nf i l t e r i n gs t a t e e s t i m a t i o n ;c o l o r e dn o i s e s ;n e u r a ln e t w o r k i i i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g i i s h ) i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n i 1 1 ir e s e a r c hb a c k g r o u n d “1 1 1 1 i m p o r t a n c eo fs e a mt r a c k i n g l 1 1 2c o m p l i c a c yo f w e l d i n gp a t hd e t e c t i o na n dt r a c k i n g 1 1 1 3r e q u i r e m e n to fa u t o m a t i cw e l d i n g 2 1 2l a s e rw e l d i n ga n di t sc h a r a c t e r 一2 1 2 1o v e r v i e wo fl a s e rw e l d i n g j 2 1 2 2p e n e t r a t i o nf u s i o nw e l d i n gc h a r a c t e r 4 1 3 o v e r v i e wo fa u t o m a t i cs e a md e t e c t i o nb a s e do nv i s i o ns e n s o r 5 1 3 1d i r e c t e ds e a md e t e c t i o n 6 1 3 2i n d i r e c t e ds e a nd e t e c t i o n 7 1 4o v e r v i e wo fc o n t r o lm o d ef o rs e a mt r a c k i n g 8 1 4 1c a s s i c a lp i d c o n t r o lm o d e 9 1 4 2 a d a p t i v ec o n t r o lm o d e 一1o 1 4 3i n t e l l i g e n tc o n t r o lm o d e l - 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4 5 4 3 1t h ea r i t h m e t i co f k a l m a nf i l t e r i n gw i t hp r o c e s s i n gc o l o r e dn o i s e s 4 5 4 3 2t h ea r i t h m e t i co fk a l m a nf i l t e r i n gw i t hm e a s u r e m e n tc o l o r e dn o i s e s 4 6 4 4 4 5 e x p e r i m e n ta n dr e s u l ts a n a l y s i so fc o l o r e dk a l m a nf i l t e r i n gf o rs e a m 4 9 s u m m a r y 5 4 c h a p t e r 5r e s e a r c ho ns t a b i l i t yo fk a l m a nf i l t e r i n gf o rs e a mt r a c k i n g 5 5 5 1 5 2 i n t r o d u c t i o n 5 5 s t a b i l i t yo fk a l m a nf i l t e r i n gu s i n gi ns e a mt r a c k i n g - 5 5 5 2 1t h ea f f e c to fu n c e r t a i nn o i s e sf o rk a l m a nf i l t e r i n gr e s u l t 5 5 v i i i c o n te l l t s 5 2 2e x p e r i m e n ta n dr e s u l ta n a l y s i so fk a l m a nf i l t e r i n gw i t hu n c e r t a i nn o i s e s 5 6 5 3 i m p r o v es t a b i l i t yf o rk a l m a nf i l t e r i n ga r i t h m e t i c 6 5 5 3 1t h em o d e lo fn e u r a ln e t w o r kc o m p e n s a t ek a l m a nf i l t e r i n g 6 6 5 3 2r b f k fu s i n gi ns e a mt r a c k i n ge x p e r i m e n t 一6 8 5 3 3r b f - - k f sc o n v e r g e n c ea n dd i v e r g ea n a l y s i s 7 0 5 4t e s tr b f k ff o rs e a mt r a c k i n g 7 3 5 4 1o b t a i nm e a s u r e m e n ts e a mo f f s e t 7 3 5 4 2e x p e r i m e n ta n da n a l y s i sr b f k ff o rs e a mt r a c k i n g 7 5 5 5 s u m m a r y 7 7 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 7 8 r e f e r e n c e s 8 0 p u b l i c a t i o n sa n ds c h o l a r s h i p s 8 6 d e c l a r a t i o n ”8 7 a c k n o w l e d g e m e n t 8 8 a p p e n d i x 8 9 a p p e n d i x1m a t l a bp r o g r a mf o re x t r a c t i n gs e a mo f f s e t 8 9 a p p e n d i x2m a t l a bp r o g r a mf o rk fa r i t h m e t i cw i t hp r o c e s s i n gc o l o r e dn o i s e 9 0 a p p e n d i x3m a t l a bp r o g r a mf o rr b f - k fa r i t h m e t i cw i t hc o l o r e dn o i s e 9 2 i x 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 激光匙孔效应深熔焊,与传统的弧焊方法相比焊接速度快、焊接能量密度高、 热影响区小、焊缝深宽比大、焊接精度高;而且焊接过程易于集成化、自动化、柔 性化,是二十一世纪最先进的制造技术之一【l l 。由于随着激光焊接向大厚板、高效 率、低成本和高精度方向发展,大功率光纤激光焊接过程质量的控制也越来越受到 人们的重视i 2 。4 l ;同时对焊缝路径的跟踪精度提出了更高的要求,因此焊缝跟踪技术 是国内外激光焊接自动控制领域中重要的研究课题。 焊缝跟踪就是要实时识别焊缝的位置信息或偏差信息,并将此信息及时传送给 执行机构,实时调整焊接路径,从而控制激光束对正焊缝使不产生超出焊接对缝允 许的范围。而激光焊接自动焊缝跟踪的实现主要面临着两个关键问题,一是有效地 搜索和确定待焊区焊缝位置和尺度信息;二是依据焊缝位置信息建立执行机构有赖 于的控制算法。只有可靠地解决这两个问题,才能真正实现激光焊接自动化技术。 1 1 1 焊缝跟踪的重要 长期以来,由于激光焊接过程焊缝跟踪精度严重影响到焊接质量,是确保焊接 质量稳定性和有效控的前提,因而焊接过程焊缝跟踪控制是激光焊接的一个重要研 究方向。由于焊接前的焊件夹装误差和焊接过程中的焊件热变形,激光束如果按照 预先固定的路径运动,往往会造成激光束偏离焊缝。特别是对于大功率光纤激光焊 接,其光束功率密度高,光斑直径小( 可达1 6 0 9 m ) ,焊缝间隙窄,所允许的焊缝 路径偏离误差非常小,所以对焊缝跟踪精度要求高,通常当激光束与焊缝之间的偏 差超过o 2 m m 时即不能满足工程要求。可见,实时准确地识别和跟踪焊缝是实现焊 接过程不稳定性的监测和控制,最终实现焊接质量可靠性的控制。 1 1 2 焊缝识别与跟踪的复杂性 激光焊接过程是一个典型的非线性、时变和受诸多随机干扰影响的多变量复杂 系统,而伴随着强烈的等离子体辐射、烟尘、飞溅等因素影响,给焊缝特征信息的 广东工业大学硕士学位论丈 实时提取带来极大的困难,要精确实现焊缝实时传感和跟踪控制是一项复杂而艰巨 的任务。特别是随着激光焊接精密工件的应用,大多数焊缝是紧密对接、无坡口焊 缝,采用传统传感方法无法实现焊缝路径的识别和跟踪,迄今仍是国内外激光焊接 自动控制前沿领域所面临的研究难点。 1 1 3 焊接自动化的需求 从家用产品的生产到航天科技等尖端产品的制造焊接技术都起着重要的角色, 而现代化生产实践对焊接技术提出了高效率、优质量、高智能等要求,所以焊接自 动化将是今后焊接领域的发展趋势,而我国目前焊接自动化水平与国外发达国家相 比差距甚大( 日本、西欧7 0 - - 8 0 ,我国仅2 0 , - - - 3 0 ) t 5 1 ,因此,激光焊接自动化 在我国将有广阔的研究空间,同时发展和应用新型焊接自动化技术对我国国民经济 将起到巨大的作用。 1 2 激光焊接及其特征 1 2 1 激光焊接原理 激光与其它普通辐射光源相比具有波长分布窄,能量密度高,颜色纯等优点, 其单色性比普通光源高出1 0 6 1 0 7 倍以上。与自然光波长和能量分布不同的是,自 然光的波长分布范围较宽,是由多种单色光组成;而激光的谱线展宽极小,其单色 性超过其它任何一种单色光源。除此之外,激光束的的发散角很小,具有很好的方 向性,几乎接近平行光,而较为集中的传输方向,使得激光束的作用范围小,照射 区域能量密度高。正是由于激光所具有的独特优点,使得激光在制造业领域得到广 泛的应用,其中,激光焊接便是一种最典型的工业应用。 激光焊接是工业热加工的一种,其焊接过程与电弧焊等其它焊接工艺一样属于 热传导型,即激光束作用于工件表面,工件对激光能量进行吸收产生热量,热量通 过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复率等参数, 使工件熔化,形成特定的熔池实现焊接。但是激光焊接技术具有传统焊接方法无可 比拟的优越性,而在大功率激光焊接过程中,焊件在极短( 几毫秒) 的时间内发生 一系列的物相变换,主要包括熔化、汽化、电离、冷却等过程,在这个极短的过程 中,产生金属飞溅、匙孔、光致等离子云、等复杂现象,其大功率激光焊接系统结 构原理如图1 1 所示。 2 第一章绪论 光纤 图1 1 激光焊接原理图 f i g u r el - 1 l a s e rw e l d i n gs y s t e m 传导焊与深熔焊是激光焊接两种基本方式,其本质区别是焊接过程中是否产生 匙孑l ( k e y h o l e ) 1 6 1 。随着激光功率密度的升高焊接过程由热传导焊接状态向深熔焊接 状态转变,激光功率密度小于1 0 4 w c m 2 时,焊件表面对仅入射激光能量吸收和部分 反射,焊件材料维持固相。当激光功率密度提高到1 0 5 w c m 2 1 0 6 w c m 2 时,焊件 表面开始熔化,局部产生轻微蒸发,此时焊接过程进入热传导状态。在此状态下, 热量通过热传导或熔化金属的对流传向焊件内部,使熔化区域不断扩大,形成熔深 小宽而浅的焊缝。激光功率密度提高到1 0 6 w c m 2 , - - - , 5 x 1 0 7 w c m 2 时,焊件表面开始发 生汽化,汽化物产生微弱电离,形成等离子体,焊件在较大的汽化膨胀压力下形成 小孔,进入小孔的激光能量在经过多次反射后几乎被完全吸收,小孔的侧壁和底部 发生剧烈蒸发,此时进入深熔焊接状态,在这个过程中,激光束的能量通过小孔、 孔内金属蒸汽、等离子体等向焊件深处传递,所得焊缝深而窄,深宽比大,容易得 到理想的焊缝形状。当激光功率密度达到5 1 0 7 w c m 2 以上。焊件强烈汽化,金属蒸 广东工业大学硕士学位论文 汽和周围气体发生较高程度的电离,形成致密的等离子体云,激光深熔焊示意图如图 1 - 2 所示。 ; l l圈 图1 - 2 激光焊接深熔焊 f i g u r e1 - 2 p e n e t r a t i o nf u s i o nw e l d i n g 1 2 2 激光深熔焊特征 ( 1 ) 匙孔行为 匙孔效应特点是:高能量密度激光束流作用在材料表面瞬间产生一个小孔,激 光束进入4 , 7 l 后通过菲涅耳吸收定律( f r e s n e l ) 吸收【6 】,从而改变了传统焊接过程 中的能量转换方式,可获得大深宽比的焊缝。小孔行为是一个不断变化的过程,目 前对于小孔的研究,主要以图像分析和模拟计算为主,德国p r o m e t e cg m b h 公司【7 】 通过同轴c m o s 摄像机,获得了y a g 激光焊接不锈钢时,不同速度及不同熔透状态 时熔池及小孔图像;s e m a k 等人【8 】用高速摄像方法,对激光焊接熔池的振动现象进行 了研究,发现小孑l 开合的特征规律。 ( 2 ) 熔池特征 对于所有的焊接来说,熔池是最主要的研究对象。熔池形状尺寸等特征决定了 焊缝成形的特点,由于激光焊接速度快,又在其上方有强烈金属蒸气等离子体的 影响,熔池行为的研究成为一个难点,目、前主要利用图像分析方法研究激光焊接熔 池特征及变化规律。日本大阪大学m a t s u n a w a 等人【9 1 通过光学方法及x 射线高速转 换成像系统,首次观察到了激光深熔焊接过程中熔池内部的动态特性。除了利用图 像分析激光深熔焊接熔池特性外,目前相关研究应用数学建模,借助于有限元的方 法进行数值求解。 4 第一章绪论 ( 3 ) 金属蒸汽等离子气体 激光焊接过程中等离子体是在高能量密度激光束作用下伴随匙孔同时存在的 重要物理现象。等离子体的产生是由于在高功率激光焊接中,材料被高能密度的激 光蒸发,产生金属蒸气,而这些蒸气以一定的热速度移动,在穿过激光束时,被加 热到远超过汽化的温度,使之在激光焊接区域及其上方产生快速电离,从而形成等 离子体1 6 j ,金属蒸气等离子体对入射激光束有吸收和分散作用,削弱激光能量从而 不利于焊接,图卜3 为盘形激光焊紫外光谱内观测到的金属蒸汽等离子气体。 图卜3 激光焊接3 0 4 不锈钢金属蒸气等离子体 f i g u r e1 - 3 p l a s m ao fl a s e rw e l d i n g3 0 4s t e e l 在表征激光焊接过程的主要物理现象中,金属蒸汽等离子气体,匙孔与熔池 的研究最为广泛,主要集中在对其图像特征及其信号变化特征的研究上,而研究这 些特征变化可提取用于焊缝跟踪的重要信息1 1 0 - 1 1 】。本文利用红外高速摄像,根据红 外辐射与成像机理提取红外熔池图像,研究匙孔与熔池在焊接过程中特征与碑缝跟 踪的关系。 1 3 基于视觉传感的焊缝识别技术研究概况 长期以来,精确实施焊缝跟踪是保证焊接质量的基本条件,国内外研制了各种 各样的跟踪系统。焊缝自动跟踪系统概况地说包括传感器,控制器和执行机构三部 分。其中传感器对焊缝跟踪系统的性能具有重要影响,是实现焊缝检测的关键。 传统的接触式传感、电磁传感、电弧传感及超声波传感焊缝识别方法,在无坡 e 1 焊缝识别中应用受限【12 1 。随着计算机视觉技术和焊接工艺的发展,激光焊接和视 觉传感技术相结合成为先进的焊接手段,1 9 9 0 年v o e l k e l 和m a z u m d e r 现实了激光焊接 广东工业大学硕士学位论文 熔池的可视化检测和测量【1 3 1 ,1 9 9 7 年德国夫朗赫费激光研究所和加拿大滑铁卢大学 合作首次采用c c d 摄像机来监测焊接过程【1 4 】。此后,非接触式视觉传感技术应用于 焊接得快速发展。 1 3 1 焊缝几何特征直接视觉传感检测 通过视觉传感器( c c d ) 直接拍摄熔池前端焊缝图像,利用图像处理技术检测焊 缝边缘信息得到焊缝坡口中心位置,这种直接依赖于焊缝外在几何形状或纹理特征 来识别焊缝的视觉传感为直接特征视觉传感技术。 边缘提取是焊缝位置检测的关键,常用的边缘提取是应用边缘检测算子( 如 l a p l a c e 算子r o b e r t s 算子、s o b e l 算子等) 。另外也可应用小波变换法、数学形态学 法进行焊

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