微間隙焊縫磁光成像機(jī)理與位置識(shí)別研究.pdf

1、激光焊接自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，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(cè)方法，主要以結(jié)構(gòu)光檢測(cè)技術(shù)為主，但該檢測(cè)方法僅能檢測(cè)開(kāi)坡口或較寬間隙的焊縫，無(wú)法檢測(cè)小間隙甚至是零間隙的焊縫，微間隙焊縫在可見(jiàn)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(duì)接，因此目前的焊縫檢測(cè)手段不符合激光焊接的應(yīng)用要求。針對(duì)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(cè)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(guó)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(cè)微間隙焊縫裝置，并用于微間隙直線焊縫檢測(cè)和三角形焊縫檢測(cè)，獲得對(duì)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(guò)渡區(qū)域?yàn)閷?shí)際的焊縫對(duì)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(guò)磁光介質(zhì)時(shí)，在外界磁場(chǎng)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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變動(dòng)時(shí)，通過(guò)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(duì)應(yīng)圖像，利用該原理即可檢測(cè)出焊縫處的漏磁場(chǎng)。
　　(3)利用磁荷理論建立了微間

4、隙焊縫漏磁場(chǎng)分布模型，該模型的可靠性通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)渡帶變窄，當(dāng)微間隙焊縫的寬度變窄時(shí)，磁光焊縫過(guò)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(chǎng)分布模型的可靠性，利

5、用有限元的方法重建測(cè)試焊縫漏磁場(chǎng)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(chǎng)分布的有效性及本文利用磁光傳感器測(cè)試焊縫漏磁場(chǎng)試驗(yàn)裝置的有效性;
　　(5)對(duì)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(guò)焊縫邊緣確定磁光焊縫過(guò)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(chǎng)對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度成正比關(guān)系

6、，并確定了其大小對(duì)應(yīng)關(guān)系。磁光焊縫圖過(guò)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(cè)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(cè)量微間隙焊縫，當(dāng)焊縫發(fā)生偏差時(shí)，測(cè)量焊縫的測(cè)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(cè)，磁光成像測(cè)量焊縫偏差具有較高的測(cè)量精度，同時(shí)對(duì)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(cè)的精度比直接檢測(cè)更高。建立了基于卡爾曼濾波算法的檢測(cè)跟蹤焊縫模型，獲得了比直接測(cè)量