圆管斜交偏置相贯线焊缝轨迹跟踪的实现

两圆管斜交偏置相贯线是复杂的空间曲线,为实现相贯线焊缝轨迹跟踪,建立了两圆管斜交偏置相贯线的数学模型,推导出相应的可控步长实时插补算法。基于所建相贯线的数学模型和插补算法设计了一套圆管斜交偏置相贯线焊缝轨迹跟踪控制系统。通过焊接实验验证,所设计的控制系统能够控制焊枪跟踪相贯线的空间曲线轨迹,且控制精度较高,可以满足相贯线焊缝自动焊接的要求。     

焊缝跟踪系统的轨迹再现

使用等速送丝系统配合恒压或缓降外特性的焊接电源进行焊接时,由于电弧的自调节作用,弧长的变化可以引起电弧参数的变化,而电弧参数和焊缝的位置成几何关系.针对离散积分求差值的焊缝跟踪方法在多层多道焊时难于获取电弧对中信号的问题,对第一层采集的轨迹信号利用最小二乘法实现了焊缝轨迹的优化再现.使用Delphi软件编程实现了直线焊缝的拟合计算和显示,并分析了拟合直线和实际焊缝之间的误差,误差产生的原因以及修正方法.     

基于空间等距线的焊接机器人轨迹优化

针对球管相贯焊缝焊接机器人多道多层焊接中示教时间过长的问题,开展了等距线法机器人焊接轨迹规划的研究,提出了一种基于B样条空间等距线的轨迹优化方法. 在机器人轨迹规划中,将前一道机器人焊接时局部修改过的轨迹投影到理论轨迹的拟合平面,将拟合平面上计算得到的投影曲线法向量作为求解下一道等距线轨迹的实际轨迹法向量;在指定端点切矢条件下,利用最小二乘法生成B样条曲线以逼近等距线,利用等距线生成机器人运动轨迹,从而有效地减少示教时间. 结果表明,利用该方法得到的机器人焊接轨迹能够满足球管相贯焊缝焊接要求.     

骑座式相贯线焊缝焊接机器人连续轨迹规划

采用弗莱纳-雪列矢量对焊枪端点的运动轨迹进行了有效地规划,针对相贯线焊缝焊接机器人的焊接要求,推导出了轨迹的时间函数和焊枪的规划矩阵,为骑座式相贯线焊缝焊接机器人的轨迹控制提供了依据和算法支持。然后通过Matlab仿真软件对一相贯线焊接轨迹进行仿真,结果表明:依此方法对焊枪端点轨迹规划可以有效地完成焊接过程焊枪轨迹控制。     

结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术

对激光多点寻位、焊前轨迹拟合、焊缝实时跟踪的3种结构光视觉辅助焊接的轨迹识别与控制技术进行了研究.提出了适用于上述三者的以CNN模型、自适应特征提取算法、先验模型、坐标矩阵转换为核心的焊接轨迹识别流程.提出了分别对应上述三者的焊接轨迹控制模型:示教轨迹修正模型、焊前轨迹拟合模型、焊缝跟踪实时纠偏模型.结果表明,激光多点寻位、焊前轨迹拟合模式焊接时,能够在焊前高效地识别出焊接轨迹曲线,焊接轨迹与焊缝中心线基本重合;焊缝实时跟踪模式焊接时,系统能够实时矫正焊枪的偏差.文中提到的焊接轨迹识别流程与轨迹控制模型足以保证结构光视觉辅助焊接的稳定运行.     

双焊枪同步联动焊接系统建模与仿真分析

钢铝复合散热器多立管、避障相贯线焊接时,采用双焊枪同步联动焊接方式.在自主研发避障式双焊枪四轴复合联动自动焊接机过程中,建立T型圆柱管相贯线焊缝以及焊枪姿态的数学模型.应用VC++编程推导出插补周期内焊枪转角与时间的对应关系,根据双焊枪同步联动焊接系统末端执行器所要完成的轨迹特点,进行轨迹规划,在Pro/E环境下建立焊接系统的三维模型,进行运动仿真,检查焊枪运动是否与散热器铝翼干涉.结果表明,相贯线焊缝以及焊枪姿态的数学模型正确,能很好地完成相贯线处的焊接,提高了生产效率和焊接质量.     

双焊枪同步联动焊接系统建模与仿真分析

钢铝复合散热器多立管、避障相贯线焊接时,采用双焊枪同步联动焊接方式.在自主研发避障式双焊枪四轴复合联动自动焊接机过程中,建立T型圆柱管相贯线焊缝以及焊枪姿态的数学模型.应用VC++编程推导出插补周期内焊枪转角与时间的对应关系,根据双焊枪同步联动焊接系统末端执行器所要完成的轨迹特点,进行轨迹规划,在Pro/E环境下建立焊接系统的三维模型,进行运动仿真,检查焊枪运动是否与散热器铝翼干涉.结果表明,相贯线焊缝以及焊枪姿态的数学模型正确,能很好地完成相贯线处的焊接,提高了生产效率和焊接质量.     

基于轨迹动态规划的移动机器人焊道自动跟踪

针对大型构件复杂轨迹焊缝自动焊中的移动机器人跟踪控制滞后和焊接轨迹频繁振荡等问题,提出一种基于轨迹动态规划的焊道跟踪方法. 利用结构光传感器检测区域超前于电弧的优势,实时获取焊接区前方焊缝位置特征信息实现对焊道轨迹宏观走向的超前感知,基于焊道等距逼近思想动态规划移动机器人运动轨迹,结合电弧传感技术实时检测焊接偏差信息,通过机器人本体与机载执行机构的协同控制对焊接轨迹进行动态补偿. 结果表明,该方法提高了复杂轨迹焊缝跟踪中焊接速度一致性及焊接轨迹平滑度,改善了焊道弯曲或折角处的焊缝成形质量.     

基于B3样条曲线的复杂焊缝离线示教及跟踪

介绍了一种采用B3样条进行空间复杂弯曲焊缝跟踪的离线样点示教式控制方法.提出了一种查表方式的改进二分法对插补误差精度进行变步长控制,提高了插补运算的效率和精度.应用该方法对管道焊接时的相贯线进行了Matlab仿真实现.结果表明.该示教控制算法有效,可以实现三维弯曲焊缝的示教/再现,最后基于精密焊接的数控系统对三维弯曲焊...     

基于需求设计的并联结构相贯线焊接机器人

相贯线焊接接头是一种复杂的空间曲线焊缝形式,给焊接运动控制提出了较高的要求.本研究从相贯线数学模型出发,运用D-H方法建立运动学逆解模型,基于整体考虑实际焊接需求的机构设计与简化控制策略思想,提出一种具有四自由度的并联式焊接机器人实现整体旋转、升降及焊枪手腕机构的解耦控制.以一种斜插相贯线轨迹为例,通过运动仿真,初步验证了所设计的机构及控制策略的正确性.最终制作出并联结构相贯线机器人实物.本研究设计的机器人具有小型化、高刚度、运动解耦的特点,为实现精确的运动轨迹控制提供硬件准备.     

复杂相贯线接缝自动焊接的运动控制算法

为了实现复杂相贯线接缝的自动焊接,在简要介绍设计的五轴联动数控焊接机床组成结构与工作原理的基础上,以椭球面封头自动焊接接管为例,重点介绍了通过坐标变换构建相贯线接缝曲线方程,再以相同的参数角ψs将相贯线接缝曲线离散化成N段首尾相接的小直线段,利用小直线段插补拟合整条相贯线接缝曲线,给出了各插补离散点坐标参数与焊枪姿态调整的计算方法,最后采用通用数字I/O卡和步进电机构成伺服控制系统执行运动控制算法.文中介绍的这种运动控制算法,具有较高的通用性,并且大幅度地降低了设备成本.     

基于斜率分析法的焊缝条纹直线特征提取分析

提出了一种基于直线拟合的斜率分析法,用于提取线结构光焊缝条纹特征直线. 该方法将光条上的所有n个像素点按坐标大小顺序排列,从起始点开始顺次推移,每连续n0个光点进行直线拟合,共记录n-n0个斜率值,通过斜率变化特征计算光点在各条纹直线上的分布数量,以完成点集划分,根据划分后的各点集拟合直线作为求得的焊缝特征直线,最后讨论了参量n0对拟合直线的影响. 结果表明,该方法能够有效地检测角接、搭接及V形等各类焊缝特征直线,满足焊缝检测的试验现场要求.     

基于RANSAC和卡尔曼滤波的窄焊缝识别北大核心

针对高效鲁棒的焊缝识别对于提高焊接质量和效率具有重要的作用,提出了一种基于线结构光的薄壁件窄焊缝快速识别方法。首先,对激光照射的焊缝图像进行去噪和增强;其次,分别利用Ransac算法和最小二乘法对焊缝和激光条纹进行直线拟合;接着,以二直线交点为中心建立ROI,连接ROI中的连通体获得修正后的交点;最后,对修正后的交点加以平移,以斜率为状态变量进行卡尔曼滤波,以修正后的交点为中心建立ROI并计算ROI中各点斜率,寻找具有最接近滤波后的斜率的点,将其反向平移后的坐标作为交点的最终值。实验证明该算法具有较高的鲁棒性和较快的处理速度,可满足窄焊缝的实时识别需求。     

基于最小二乘法的脉冲MIG焊参数一元化调节

针对数字化焊机焊接参数复杂繁琐,不易于实现大规模工艺试验的特点,提出了一种基于最小二乘法的脉冲MIG焊参数一元化调节方法.该方法利用经工艺试验得到的大步距标定的焊接电流与各种焊接参数的拟合关系,得到最佳的拟合曲线,充分利用了所有的经试验得到的理想数据,并且容易实现软件编程,算法简便,可快速实现大范围内对焊接参数的连续调节.通过对单脉冲、双脉冲焊接参数的拟合处理并且进行试焊,焊接过程稳定,能够得到成形美观、飞溅较少、鱼鳞纹清晰的焊缝.结果表明,该拟合方法稳定、可靠、可行.     

用于焊接环境三维建模的稀疏点云拟合

非结构化环境的三维重建是遥控焊接中虚拟现实的关键技术.采用立体视觉的方法进行焊接环境建模.由于焊接环境缺乏可用于立体匹配的特征点,所以采用向焊接工件添加标签的方法为立体匹配提供特征点.采用亚像素焦点检测算法及人机交互的立体匹配方法,得到焊接环境空间稀疏点云数据.在对点云进行拟合时,平面采用最小二乘法拟合,二次曲面采用Tikhonov正则化拟合.对于Tikhonov正则化参数的选取采用了准最优化方法.试验对平面工件和圆柱工件进行了三维重建,得到了工件的三维模型.结果表明,平面与曲面的拟合平均误差均小于1 mm,最大误差小于3 mm.     

柱坐标熔焊机器人分层算法与成形效果分析

在对柱坐标熔焊成形设备介绍的基础上,提出适用于回转框架结构的自适应分层、填充算法,通过三次择优筛选,减少网格的无效判断次数;建立了叠层堆积的误差模型,结合截面轮廓曲率变化动态计算适应成形精度要求的分层厚度;以NURBS作为基函数对分层轮廓进行最小二乘拟合,通过遗传算法寻找最佳拟合权值优化拟合结果.结果表明,成形过程中焊枪运行平稳,悬臂摆振较小;采用柱坐标特有的回转结构进行圆弧填充,避免了各焊缝间的成形时间等待和折线轮廓带来的过堆积现象,最后通过实际案例验证了分层软件的稳定性与可行性.     

基于球面拟合法的机器人与变位机位姿关系标定

提出基于最小二乘法的球面拟合法来标定机器人与变位机的位姿关系.首先变位机分别旋转或倾斜到多个位置,记录TCP点在对应位置的位姿数据并建立球面方程,采用最小二乘法拟合最优球面,从而求得变位机坐标系原点.然后采用同样的方法,让TCP点在变位机两个轴向作多点标记,可进一步求得坐标系各轴的方向矢量,实现位姿关系标定.为消除偶然因素的影响,提出了距离偏差率概念并设定取点阈值判定方法,提高了标定精度.结果表明,该方法可以有效减小随机误差,避免偶然因素的影响,具有较高的标定精度.     

基于双目视觉的钻杆接头定位系统设计

文章针对某地质钻杆摩擦焊接工作站钻杆接头自动上下料需求,在不改变原有工件存料方式的基础上,设计基于双目视觉的钻杆接头定位系统。利用大恒MER-500系列摄像机采集图像信息,并将其上传到工控机进行图像预处理及边缘检测;然后采用最小二乘法拟合椭圆,确定工件圆心坐标位置,并对圆心点进行排序;最终将工件坐标信息传给ABB机器人,实现工件的视觉定位及抓取。结果表明,利用最小二乘法拟合椭圆能够满足工件定位精度的要求。该定位系统可为类似工件的机器视觉定位提供借鉴。     

基于改进最小二乘法的焊缝特征直线提取方法

提出了一种基于线性度的改进最小二乘法,用于提取焊缝特征直线.该方法提出直线线性度L,点到直线的距离范围R以及一次性剔除数据点数N三个参量,并以L为准则,结合R和N,通过循环利用最小二乘法,逐步将中心线数据点划分为满足L要求的若干点集.以含有数据点最多的点集拟合的直线作为该算法求得的焊缝特征直线.最后,讨论了三个参量的取值对拟合直线的影响.结果表明,该算法能够有效地检测V形焊缝特征直线,满足焊缝跟踪图像处理算法的要求.     

基于焊枪轮廓特征提取的焊接偏差测定方法

在熔化极气体保护焊(gas metal welding, GMAW)焊接过程中，由于弧光干扰严重，视觉系统难以同时准确提取焊缝和焊丝尖端，从而影响焊缝跟踪的精度.针对这个问题，提出一种定位焊枪中心来替代定位焊丝尖端的焊接偏差测定方法，并对该方法进行了可行性论证.首先，在增强熔池图像中的焊缝、焊枪边缘轮廓信息后，设置矩形窗获得边缘采样点.然后，使用聚类算法筛选出正确的边缘采样点，根据采样点利用最小二乘法拟合出焊缝直线和焊枪椭圆方程.最后，计算当前图像焊枪中心与焊缝直线的距离，与基准图像中的对应距离进行比较，测定出焊枪位置偏差量和焊枪摆幅偏差量.实际验证结果表明，焊枪中心与焊丝尖端的替代误差在0.2 mm以内，满足跟踪精度要求，具有较强的工程实际意义.