铝合金双丝PMIG焊熔池图像特征分析(3)
本课题来源于总装先进制造共用技术项目，以6mm厚的3A21型防锈铝合金板的双丝气体保护焊的焊接过程为研究对象，以普通CCD摄像机为主要的传感手段，采用复合滤光-减光技术，通过图像采集卡和计算机组成一套焊接熔池图像采集系统。从熔池尾部和侧面对熔池图像进行采集，再通过计算机图像处理技术对熔池图像进行处理，提取熔池的轮廓曲线及其几何特征参数，分析熔池图像与焊接质量之间的关系。
主要研究工作有：
1. 进行铝合金双丝焊工艺试验，制定合理的工艺，得到最佳规范参数范围。
2. 在已有的CCD摄像机专用夹具、双向视觉传感系统的基础上，通过对摄像机位置、角度、本身参数的设置调试，对铝合金焊接熔池进行实时图像采集。
3. 针对采集到的焊接熔池图像，设计开发一种新的铝合金双丝焊接熔池图像处理算法—Snake算法，用于提取熔池轮廓及其几何特征参数。
4. 采用轮廓对比分析等方法对熔池图像进行深入分析，定义熔池图像的几何特征参数，提取熔池图像的面积、宽度、最大半长和后拖角等特征参数，分析其与焊接规范之间的关系，进而初步确定其与焊接质量之间的关系。
2 双丝气体保护焊及其熔池视觉传感系统
2.1 系统组成
图 2 1是本课题设计的铝合金双丝焊接熔池视觉传感系统的示意图。该系统主要由双丝气体保护焊接系统、CCD摄像机、复合滤光-减光系统、图像采集卡和计算机等部分组成。其传感过程如下：CCD摄像机通过复合滤光-减光系统采集熔池图像，将图像信息转化为模拟信号，图像采集卡则将这些信号转化成数字信号，输入计算机进行存储等处理。
1双丝焊枪 2电弧区 3焊件 4熔池区 5 专用夹具 6视觉传感器 7复合滤光-减光系统
图 2 1 熔池视觉传感系统示意图
2.2 双丝焊接设备系统
本课题使用的焊接设备是法国SAF公司的STARMATIC R450 TOPMAG自动双丝焊接系统，如图 2 2所示。TOPMAG通过两台自动MIG/MAG焊接设备联动工作而实现。焊接时，两电极(焊丝)相互绝缘，各自通过自己的导电嘴，焊接参数也可独立设定。脉冲峰值电流的相互转换是通过主机电源发送同步脉冲信号至辅机电源，然后辅机电源顺次将电流信号传送至送丝机构而实现的。
图 2 2 双丝焊机工作结构图和自动双丝焊机实物图
双丝焊接系统的主要构成部分：
（1）2个STARMATIC R450 TOPMAG 电源。一个为主电源，一个为辅电源，空载电压为70V，电流变化范围为20A至450A，最大功率为24kW。每个STARMATIC R450 TOPMAG电源由控制部分、电源部分和冷却部分组成。控制部分用来调节焊接时两个电源的工艺参数并且能储存设定好的工艺参数程序。外观如图 2 3所示。
图 2 3 STARMATIC R450 TOPMAG电源
（2）远程控制单元。该控制单元可调节的参数包括主、辅机电流、电压、送丝速度、气体流量监测、错误记忆删除、人工送丝操作键等。外观如图 2 4所示。
图 2 4 远程控制面板
（3）两个送丝机。送丝机采用欧式接口、4轮驱动送丝，送丝控制可以分为手动和气动两种方式，焊丝选择直径范围为0.8-1.6mm，送丝速度变化范围为1-20m/min。送丝机的内部和外部结构如图 2 5所示。
a.送丝机内部结构
b.送丝机外部结构
图 2 5 送丝机内部结构和外部结构
（4）焊枪。与焊枪相连的两根电缆是不相通的，分别与主、辅电源相连。焊枪的两个导电嘴的倾斜角度是不同的，前一个导电嘴轴线垂直于水平面，后一个导电嘴轴线与水平面夹角为75°。外观如图 2 6所示。
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