熔化极气体保护焊熔滴过渡图像分析系统

论文摘要

电弧电流信号和电压信号从物理量方面反映着电弧中发生的物理变化过程,高速摄像可以直观地获得熔滴过渡过程的影像,把高速摄像获得的图像信息与电弧电参数信息融合在一起,就能多方位地展示电弧中的物理过程。针对目前高速摄像图像基本没有什么专用的分析工具,图像与电参数波形之间联合分析几乎是空白的状况,本文基于图形化编程语言LabVIEW自主设计开发了熔化极气体保护焊熔滴过渡图像与焊接电参数同步分析系统,以及熔滴过渡图像专用分析系统。利用所建立的系统能够对焊接过程进行分析研究,得到焊接质量的有关信息,从而对焊接质量的在线检测分析提供一定的参考和指导作用。熔滴过渡图像与焊接电参数同步分析系统能够实现焊接图像、焊接电参数的实时回放,更重要的是通过同步窗口的控制实现了二者的同步播放,很好的使电弧电参数和熔滴过渡图像对应起来,能够对熔滴过渡的过渡方式进行准确判断,同时能够直观的观察到熔滴过渡时电参数的变化,从而为分析电参数对熔滴过渡及焊接质量的影响创造了有利条件。熔滴过渡图像分析系统具有保存单幅图像、三维显示图像灰度、测量电弧长度、熔滴直径的功能。通过同步分析系统和图像专用分析系统的联合分析,可以测得熔滴的长大速度、熔滴过渡频率以及电弧长度和电压的关系。以MIG焊为例,对其整个焊接过程进行了图像与电参数同步分析,图像单独分析以及二者联合分析,利用图像与波形同步分析系统能够准确区分出了不同阶段熔滴过渡的方式;通过图像与电参数波形的对比分析确定了短路过渡的短路电流上升速率以及确定了射滴过渡到射流过渡的转变时的临界电流;通过同步分析系统与图像专用分析系统的联合分析,确定了射滴过渡的过渡频率、熔滴长大速度、以及熔滴过渡的加速度。分析结果表明所建立的系统准确有效,功能强大,界面逼真,操作简便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 GMAW焊接方法的特点及其在焊接应用中的重要性
• 1.1.2 熔滴过渡控制在GMAW焊接研究与应用中的重要性
• 1.2 研究熔滴过渡的方法及发展现状
• 1.2.1 利用高速摄像技术分析熔滴过渡的优点及国内外的研究现状
• 1.2.2 利用电弧电信号分析熔滴过渡的特点及发展现状
• 1.3 课题研究的意义和内容
• 第2章 波形与图像同步分析系统的建立
• 2.1 虚拟仪器的优点
• 2.2 LabVIEW的特点
• 2.3 用LabVIEW设计开发程序的特点
• 2.4 波形与图像同步分析系统的建立
• 2.4.1 实现图像读取的原理
• 2.4.2 实现电压、电流波形显示的原理
• 2.4.3 波形与图像同步显示实现原理
• 2.4.4 数据分析实现原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 图像分析系统的建立
• 3.1 图像分析系统界面简介
• 3.2 图像分析系统各部分功能实现原理
• 3.2.1 图像数组的前期处理
• 3.2.2 图像的灰度值三维显示功能
• 3.2.3 单幅图像保存功能
• 3.2.4 不同时刻图像的比较功能
• 3.2.5 图像信号的分析功能
• 3.3 本章小结
• 第4章 熔滴过渡过程分析
• 4.1 熔滴过渡分析的理论基础
• 4.1.1 焊接电弧的本质及特点
• 4.1.2 电弧形态与熔滴过渡的关系
• 4.1.3 熔滴上的作用力
• 4.1.4 GMAW主要熔滴过渡形式
• 4.2 数据来源
• 4.2.1 图像采集原理及设备
• 4.2.2 电参数采集原理及设备
• 4.3 熔滴过渡过程分析
• 4.3.1 波形与图像的同步分析
• 4.3.2 不稳定过渡的过渡方式及相关分析
• 4.3.3 稳定过渡的过渡方式及相关分析
• 4.3.4 利用分析量选择窗口来分析
• 4.3.5 电弧长度和电压关系的分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢