1 武汉大学工业科学研究院，湖北 武汉 430072
2 上海航天精密机械研究所，上海 201600
3 湖北省计量测试技术研究院，湖北 武汉 430223
铝合金薄板激光焊接经常会出现咬边、凹陷等表面缺陷。这两种缺陷由于尺寸小、特征相似，难以通过传统视觉在线检测手段对其进行精确分类和测量。开发了一种基于深度学习缺陷分类-点云测量的在线监测系统，利用高密度的点云数据对缺陷进行识别、分类与测量，解决了上述检测难题。通过双目结构光传感器采集点云数据；利用基于区域推荐网络的卷积神经网络模型识别和定位缺陷；在识别和定位缺陷后，通过对局部缺陷区域的点云进行操作，快速测量缺陷尺寸。高密度点云数据训练的模型的识别准确率达到93%，高于传统二维视觉传感器图像训练的模型。该检测系统在线检测允许的最大焊接速度为316.87 mm/s，适用于大多数激光焊接。
激光技术 激光焊接 焊接缺陷 实时检测 高密度点云数据 深度学习
广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心, 广州 510006
为了解决焊接缺陷磁光图像轮廓信息难以提取的问题, 提出一种图像去噪及轮廓检测方法。通过激光点焊获取裂纹缺陷样本, 利用有限元模拟仿真并获取缺陷漏磁场, 对比分析磁光图像灰度连续性、集中性及噪声特性; 利用快速非局部均值滤波算法去除噪声, 并与传统滤波器进行对比分析; 根据磁光图像缺陷信息与背景信息梯度值相异的特性, 在1阶梯度图的基础上进行Otsu法阈值分割与边缘检测。结果表明, 经该方法处理后的磁光图像标准差及图像熵分别达到30.0465及6.0395, 图像聚集程度更好, 更贴近仿真磁场曲线, 并能较好地提取缺陷轮廓信息。这一结果对后续缺陷识别及目标检测是有帮助的。
传感器技术 磁光成像 焊接缺陷 快速非局部均值滤波 图像处理 sensor technique magneto-optic imaging welding defects fast non-local mean filtering image processing
1 苏州市职业大学机电工程学院, 江苏 苏州 215104
2 武汉理工大学汽车工程学院, 湖北 武汉 430070
采用光纤激光对铜钢异种金属进行激光焊接, 研究接头中典型焊接缺陷的形成机理。结果表明: 铜钢激光焊接头中的主要焊接缺陷是显微偏析、气孔和凝固裂纹。熔池金属凝固过程中的成分偏析是引起显微偏析和凝固裂纹的主要原因。晶界Cu元素偏析削弱晶粒之间结合力, 导致晶粒自身的塑性变形不能完全抵消焊接过程中的热应力, 造成晶界开裂。而气孔的形成主要与激光焊接过程中匙孔的失稳有关, 小孔失稳引起匙孔内壁坍塌, 导致金属蒸气不能顺利溢出熔池表面。提出交变磁场辅助激光焊接方法抑制焊缝中的缺陷, 获得良好的焊缝成形。
铜钢异种金属 激光焊接 焊接缺陷 交变磁场 焊缝成形 copper and steel dissimilar metals laser welding welding defects alternating magnetic field weld formation
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
焊接表面缺陷是评价焊接质量的重要指标，针对现有检测方法测量精度较低的问题，设计了一种基于光学相干测距原理的焊接表面缺陷检测系统。首先，基于迈克耳孙干涉仪的原理，利用宽带激光扫描焊接表面的一点，以采集参考臂和测量臂的干涉光强。然后，通过采集的光强确定被扫描点对应的干涉光谱。最后，计算该光谱对应的光程差，从而确定被扫描点相对参考镜的轴向高度。实验结果表明，该系统的轴向测量精度能达到10 μm，横向分辨率能达到13 μm，可以精确识别表面气孔、漏焊、错边等焊接缺陷，准确测量焊缝的几何形状并判断焊缝的成形情况。
测量与计量 无损检测 干涉测量 金属焊接 焊接缺陷 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912005
广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心, 广东 广州 510006
针对任意角度焊接缺陷难以检测的问题, 研究在不同磁场激励下焊接缺陷磁光成像无损检测系统。重点介绍了由U形磁轭产生的交变磁场和平面交叉磁轭产生的旋转磁场激励焊件的机理, 比较了交变/旋转磁场激励下不同焊接缺陷的磁光成像效果。基于法拉第旋转效应分析磁光成像特性与磁场强度之间的关系, 磁光图像的灰度值可以匹配相应的漏磁场强度。采用主成分分析法提取融合图像列像素灰度特征和通过灰度共生矩阵提取磁光图像纹理特征, 建立BP神经网络模型和支持向量机模型识别这些缺陷特征。试验结果表明, 在旋转磁场激励下, BP神经网络模型和支持向量机模型的分类精度分别为94.1%和98.6%, 相比交变磁场, 分类精度分别提高了10.7%和8.5%。旋转磁场激励下的磁光成像克服了定向检测的局限性, 能够实现对任意角度焊接缺陷的检测及分类。
磁光成像 焊接缺陷 交变/旋转磁场 纹理特征 magneto-optical imaging weld defects alternating/rotating magnetic field texture feature
1 东华大学理学院, 上海 201620
2 上海市激光技术研究所, 上海 200233
3 上海激光智能制造工程技术研究中心, 上海 200233
4 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
现代激光焊接加工工艺具有焊接速度快、焊缝强度高等优点, 但伴随而来的各种缺陷也成为限制激光焊接进一步提高的“瓶颈”。通过综述焊缝缺陷的形成机理介绍了焊接过程中物理现象、采集信号与焊接质量之间的关系, 随后综述了不同传感技术的研究现状及发展趋势, 分析了其各自的特点。最后, 明晰了激光焊接过程质量评价方面需要进一步研究的内容。
激光焊接 质量评价 焊接缺陷 传感器 机器视觉 laser welding quality evaluation welding defects sensor machine vision
1 南昌大学机电工程学院, 江西 南昌 330031
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。
激光技术 激光搅拌焊接 碳纤维增强热塑性复合材料 7075铝合金 焊接缺陷 连接强度
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
X 射线无损检测对于焊接结构件的质量保证具有重要意义。使用Image J图像处理软件和Java语言开发插件, 对焊接点中气孔分布以及面积等缺陷参数进行自动检测并对获得的图像进行分析处理。提出利用区域标记法分割出有效分析区域, 先去除无效区域后再对感兴趣区域进行气孔提取, 相较于传统的全局图像差分法, 可以减少背景对缺陷检测的影响, 降低误判率。设计出的检测方法能够对特定图像进行批量分析, 可以减少检测的时间。
X射线 焊接缺陷 气孔 区域标记 图像处理 X-ray welding defects voids component labeling image processing
广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心, 广州 510006
为了研究磁场激励下焊接缺陷磁光成像特征, 以激光焊低碳钢板为试验对象, 采用恒定磁场和50Hz交变磁场对焊接缺陷进行励磁, 并由磁光成像传感器实时获取焊接缺陷区域磁场分布, 进行了理论分析和实验验证。取得了恒定磁场和交变磁场励磁下厚度分别为1mm, 2mm和3mm低碳钢(Q235)焊接缺陷的磁光图像, 并与COMSOL模拟结果进行对比;通过加权平均图像融合技术将交变磁场中获得的焊接缺陷磁光图像进行融合。结果表明, 与恒定磁场励磁相比, 采用交变励磁获得的焊接缺陷信息更加准确、快速和完整, 并且有效避免了焊接缺陷信息的遗漏。此研究为提高焊接缺陷检测效率提供了依据。
传感器技术 磁光成像 焊接缺陷 恒定磁场 交变磁场 图像融合 sensor technique magneto-optical imaging weld defect constant magnetic field alternating magnetic field image fusion
