微間隙焊縫磁光成像機(jī)理與位置識別研究.pdf

1、激光焊接自20世紀(jì)80年代中期以來，由于激光焊接具有眾多優(yōu)異的特性，逐漸被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、制造業(yè)、粉末冶金、電子工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等眾多的不同領(lǐng)域中。
　　目前用于激光焊接焊縫的檢測方法，主要以結(jié)構(gòu)光檢測技術(shù)為主，但該檢測方法僅能檢測開坡口或較寬間隙的焊縫，無法檢測小間隙甚至是零間隙的焊縫，微間隙焊縫在可見光譜范圍內(nèi)難以獲取其位置信息，而激光焊接的焊件最好為緊密對接，因此目前的焊縫檢測手段不符合激光焊接的應(yīng)用要求。針對激光焊接這一

2、技術(shù)要求，本論文從以下幾方面研究探討應(yīng)用磁光傳感器技術(shù)檢測跟蹤激光焊接焊縫的機(jī)理及其焊縫跟蹤應(yīng)用:
　　(1)在分析現(xiàn)今激光焊接特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)況和國內(nèi)外磁光傳感器應(yīng)用現(xiàn)況的基礎(chǔ)上，研究了磁光的基礎(chǔ)理論，構(gòu)建出磁光檢測微間隙焊縫裝置，并用于微間隙直線焊縫檢測和三角形焊縫檢測，獲得對應(yīng)的磁光圖像，從而得到介于彩色明亮區(qū)域和黑暗區(qū)域之間的過渡區(qū)域?yàn)閷?shí)際的焊縫對應(yīng)磁光圖像區(qū)域，為深入研究磁光焊縫成像機(jī)理及應(yīng)用打下試驗(yàn)基礎(chǔ);
　　(2)

3、借助光學(xué)理論和法拉第磁致旋光效應(yīng)理論，研究了磁光傳感器成像的機(jī)理是當(dāng)由高亮度發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)起偏器起偏后轉(zhuǎn)化為線偏振光，該偏振光通過磁光介質(zhì)時(shí)，在外界磁場的作用下產(chǎn)生磁致旋光效應(yīng)，偏振光的旋轉(zhuǎn)角發(fā)生偏轉(zhuǎn)，確定如果把傳感器的起偏器的起偏角和檢偏器的檢偏角調(diào)成450角的時(shí)候，外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變動(dòng)時(shí)，通過磁光傳感器即可形成與磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系的磁光對應(yīng)圖像，利用該原理即可檢測出焊縫處的漏磁場。
　　(3)利用磁荷理論建立了微間

4、隙焊縫漏磁場分布模型，該模型的可靠性通過利用磁光傳感器采樣焊縫表面的垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度分布進(jìn)而形成磁光圖像獲得驗(yàn)證。通過分析，發(fā)現(xiàn)保持焊縫寬度不變，當(dāng)磁光傳感器的提離距離減少時(shí)，磁光焊縫過渡帶的寬度變窄;當(dāng)磁光傳感器的提離距離變大時(shí)，磁光焊縫過渡帶變寬。保持提離度不變，當(dāng)微間隙焊縫的寬度變寬時(shí)，磁光焊縫過渡帶變窄，當(dāng)微間隙焊縫的寬度變窄時(shí)，磁光焊縫過渡帶變寬。
　　(4)為進(jìn)一步論證利用磁荷理論建立微間隙焊縫漏磁場分布模型的可靠性，利

5、用有限元的方法重建測試焊縫漏磁場模型，并利用ANSYS仿真軟件進(jìn)行仿真分析，確定磁荷理論分析焊縫近表面磁場分布的有效性及本文利用磁光傳感器測試焊縫漏磁場試驗(yàn)裝置的有效性;
　　(5)對磁光傳感器所獲得的數(shù)字圖像，利用數(shù)字圖像處理算法，獲得了焊縫邊緣，通過焊縫邊緣確定磁光焊縫過渡帶中心。得出了焊縫磁光圖像形成的機(jī)理是由于不同極性的焊縫磁場對磁光傳感器中偏振光產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)方向形成的結(jié)論，確定磁光灰度圖的灰度值大小跟磁場強(qiáng)度成正比關(guān)系

6、，并確定了其大小對應(yīng)關(guān)系。磁光焊縫圖過渡帶的中心為實(shí)際的焊縫中心。
　　(6)在利用磁光傳感器檢測跟蹤焊縫方面，做了以下研究:利用磁光成像方法能夠有效測量微間隙焊縫，當(dāng)焊縫發(fā)生偏差時(shí)，測量焊縫的測量值可以代表實(shí)際偏差值，可以利用該偏差值進(jìn)行焊縫跟蹤檢測，磁光成像測量焊縫偏差具有較高的測量精度，同時(shí)對焊縫偏差進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)利用回歸算法，焊縫偏差檢測的精度比直接檢測更高。建立了基于卡爾曼濾波算法的檢測跟蹤焊縫模型，獲得了比直接測量