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基于等离子体多特征信息融合的激光焊接变厚板熔透预测

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 变厚截面材料激光焊接熔透状态监测研究现状

1.2.1变厚截面材料在汽车行业应用现状

1.2.2激光焊接熔透分类及特征

1.2.3激光焊接熔透性监测研究现状

1.3 信息融合技术判定激光焊接熔透性监测

1.3.1 信息融合技术简介及分类

1.3.2 信息融合方法用于激光焊接熔透性判定研究现状

1.4 论文主要研究内容

第2章“等离子体形貌—光谱”信息监测硬件平台及分析方法

2.1 试验平台搭建

2.1.1试验材料

2.1.2监测系统平台主要硬件设备

2.2 形貌采集及其处理方法

2.2.1 形貌采集

2.2.2 形貌预处理

2.2.3 形貌特征参数提取方法

2.3 光谱采集及其分析方法

2.3.1 光谱采集

2.3.2 光谱预处理

2.3.3 光谱特征参数提取方法

2.4 本章小结

第3章 等离子体形貌特征和光谱特征与熔透状态相关性分析

3.1 变厚截面材料激光焊接三种熔透状态

3.2 等离子体形貌信息与熔透之间的关系

3.2.1 等离子体直观形貌与熔透状态之间的关系

3.2.2 等离子体质心高度与熔透状态之间的关系

3.2.3 等离子体质心摆角与熔透状态之间的关系

3.2.4 等离子体面积与熔透状态之间的关系

3.3 等离子体光谱信息与熔透状态之间的关系

3.3.1等离子体光谱强度与熔透状态之间的关系

3.3.2等离子体电子温度与熔透状态之间的关系

3.3.3等离子体电子密度与三种熔透状态之间的关系

3.4 本章小结

第4章 等离子体形貌特征与光谱特征融合的熔透状态预测

4.1 BP神经网络熔透状态分类

4.1.1 特征参数的提取

4.1.2 传递函数及训练算法、参数的选取

4.1.3 输出参量与熔透状态分类结果

4.1.4 BP神经网络训练模型构造及结果

4.2 DS证据理论融合

4.2.1 识别框架的搭建

4.2.2 mass函数的设计

4.2.3 DS证据理论融合算法

4.2.4 信度函数、似然函数及置信区间的确定

4.2.5 DS证据理论融合结果

4.3 准确性分析

4.4 本章小结

总结与展望

一、全文总结

二、创新点

三、研究展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文和参与科研项目

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摘要

变厚截面材料是实现汽车轻量化的主选材料之一,同时激光焊接作为车用材料的连接技术广泛应用于汽车行业。由于变厚截面材料在激光焊接过程中要求熔深随材料材厚度的变化而发生适应性变化,而熔深变化无法直接测量,只能通过间接监测光、声、电信号的变化获得熔透状态。本文通过间接监测等离子体形貌和光谱信号为主要内容对熔透状态进行预测研究。  首先,本文搭建了“等离子体形貌-光谱”实时监测平台。该平台包括HWF50型激光3D制造系统、电动位移平台及控制系统、形貌采集系统、光谱采集系统。能实现对等离子体形貌和光谱特征的实时采集。并采用图像处理方法提取了等离子体形貌的质心高度,质心摆角,等离子面积,采用光谱分析的方法计算了等离子体光谱强度、电子温度和电子密度。  其次,建立了等离子体特征信息与熔透状态之间的相关性联系。针对激光焊接过程中如何实现熔透状态实时监测的问题,本文通过观察熔深和焊缝形貌将熔透状态分为“过熔透”“熔透”“未熔透”,建立了等离子体形貌特征与光谱特征之间的关系。结果发现,基于等离子体多特征信息与熔透状态之间确实存在相关性。从而验证利用等离子体间接监测熔透状态的可行性。  最后,实现了基于等离子体多特征信息融合方法对熔透状态的预测。采用BP神经网络对熔透状态进行三分类,利用DS证据理论融合算法对等离子体形貌特征和光谱特征进行融合。并对比分析了DS证据理论融合结果和BP神经网络训练结果。结果发现,采用6×3结构模型的BP神经网络对熔透状态预测的准确率高于DS证据理论融合方法,其准确率能达到97%。  本文通过研究监测等离子体特征信息实现对熔透状态的预测,分析了等离子体特征信息与熔透状态的相关性,提出了利用BP神经网络和DS证据理论融合的方法对熔透状态进行预测,为实现对熔透状态的多传感监测和信息融合提供指导,从而加快激光焊接智能监控的进程。

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