电弧传感器的研究及应用现状与面临的问题

实现焊接自动化的两个主要难题是:焊缝跟踪和焊接质量控制。其中焊缝跟踪是保证焊接质量的前提,所以实现焊缝的自动跟踪就成为首先要解决的问题。一个焊缝跟踪系统包括以下两个主要的方面:传感器与控制器。传感器根据传感方式的不同可以分为附加式传感器和电弧传感器两大类。传统的焊缝跟踪传感器多数是属于附加式。例如,接触式传感器、电磁传感器和各种光学传感器,这类传感器都在焊炬上固定一个附加的机械、电磁或光学装置,用于检测焊缝的相对位置,其共同的问题就     

以旋转电弧为传感器的移动机器人角焊缝跟踪

研究以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对具有直角转弯的角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。采用分段控制的方法设计控制器对水平滑块进行控制,以实现直线段焊缝的跟踪。该控制器在大偏差时采用比例控制,在小偏差时采用参数自调整模糊控制,并利用免疫反馈规律对比例因子进行修正,实现了直线焊缝、小曲率焊缝和小折角焊缝的跟踪。分析直角转角处焊缝跟踪时机器人的运动学模型,并利用旋转电弧传感器检测到的焊枪倾角信息检测直角拐点,利用超声波传感器检测前方焊缝位置,设计控制器对车轮和水平滑块进行协调控制。最后,通过实际焊接试验证明了该方法的有效性。     

狭小空间直角角焊缝移动焊接机器人系统研制

针对大型结构件中狭小空间角焊缝焊接,提出了一种基于旋转电弧传感的新型移动焊接机器人系统。系统包括轮式移动本体、二维运动平台、旋转电弧传感器和超声传感器;系统采用二级跟踪策略——机器人本体粗跟踪和二维运动平台精确跟踪,采用旋转电弧传感器作为焊缝跟踪传感器,采用超声传感器作为避障传感器;建立了运动学模型,设计了参数自调整模糊控制器。实验表明该机器人系统能实现小空间中大折角角焊缝的自动焊接。     

焊接温度场焊缝识别及焊缝跟踪技术研究

论述焊接温度场焊缝识别方法及焊缝跟踪控制系统。系统采用焊接温度场传感器获得焊接工件背面热图像，通过改进的梯度算法对热图像的分析计算获得焊缝偏差，利用规则自校正模糊控制器实现焊缝跟踪。试验和实际生产运行表明系统能够准确识别焊缝，焊缝跟踪运行稳定可靠。     

基于图像处理的相贯线焊缝轨迹跟踪系统研究

相贯线焊接是实际生产中常见的典型焊接形式,但其焊接难度较大,焊接精度不高。为了提高焊接质量,以相贯线焊缝为研究对象,采用视觉传感器进行焊缝识别和轨迹跟踪,为解决机器人焊接过程中焊缝轨迹跟踪精度不高的问题,对轨迹跟踪系统进行了控制设计,采用自适应模糊PID的控制方法对控制器进行设计,最后进行Matlab仿真。仿真结果表明,该方法具有良好的自适应性,能够实现焊缝的快速准确跟踪。     

弯曲及折线焊缝的自动跟踪

应用高速圆周扫描的ＭＩＧ／ＭＡＧ电弧作为传感器，避免了传感器超前安装及易受电弧光热干扰的缺点，特别有利于弯曲或大角度转折焊缝的自动跟踪焊接。研制出仅需电弧本身作为传感器的低成本、高性能自动转弯跟踪焊接小车。其控制器采用１６位单片机和数字化的脉冲宽度ＰＩＤ调节原理与模糊控制原理。成功实现对转折角度达４３°的折线焊缝的自动跟踪焊接。     

基于S7-300的自动焊接系统研究

为了实现焊接机器人对空间焊缝的精确定位和焊接参数的实时控制,设计了一种以S7-300为基础的的焊缝实时跟踪和控制的交互式控制系统.SIMATIC CPU315-2DP作为系统的核心控制器产生控制信号,通过激光传感器传递回来的信号来驱动步进电机动作,实验表明,开发的DQGC-I自动焊接系统能够很好的满足实际焊接工程的需要.     

移动机器人弯曲角焊缝跟踪预测模糊控制器设计

研究以旋转电弧作为传感器、采用轮式移动机器人对弯曲角焊缝进行跟踪焊接的控制方法.设计预测模糊控制器控制小车转弯,并在转弯过程中使车轮与横向滑块协调动作,实现对弯曲角焊缝的平滑跟踪.该控制器采用焊枪偏差和倾角信息获得车体运动方向和焊缝走向之间的角度偏差,采用线性化模型预测焊枪下一点的位置,采用加权最小二乘方法预测焊缝下一点位置,采用模糊理论实现小车转弯时车轮和横向滑块的协调控制.利用试验对常规模糊控制器和所提出的预测模糊控制器进行比较,发现所提出的控制方法具有更好的控制效果和跟踪精度.     

深度视觉技术在焊接轨迹识别中的研究综述

机器视觉在机器人自动焊接领域得到广泛应用。图像识别可以对不同的焊接对象进行有效识别,而识别及跟踪焊缝轨迹是实现自动焊缝的关键问题。分析了焊接轨迹跟踪传感器的发展历程,讨论了视觉传感器在焊缝识别跟踪上的应用,对焊缝图像处理方法进行了分析,总结了视觉焊缝跟踪技术现状。分析结果表明,TOF相机更适合于焊缝跟踪应用,研究鲁棒性强的图像去噪方法和基于深度学习的焊缝图像分割方法是未来的发展方向,同时提出了稳定性好、精度高,效率好的深度视觉焊缝跟踪控制系统思路。     

一种用于球罐焊接机器人焊缝实时跟踪的线阵CCD传感器

根据球罐焊接机器人焊缝跟踪的要求和特点,设计了一种基于线阵CCD的视觉传感器。传感器所用线阵CCD的分辨率高,光电处理系统均由硬件实现。传感器与焊接机器人组成的焊缝跟踪系统焊缝偏差检测精度好、实时性好,并且可以避免焊接时弧光的干扰,能够满足球罐制造时多层多道焊接焊缝跟踪的工艺要求。     

焊缝跟踪应用的线激光视觉伺服控制系统

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器,通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量,同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示:采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG),在强烈弧光和飞溅的干扰下,该系统能实时跟踪焊接工件,跟踪精度为0.325 3mm,传感器测量频率为20Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳,焊缝轨迹跟踪准确,且抗干扰能力,能满足焊接应用要求。     

一种适合焊接专机的激光焊缝跟踪应用

为确保焊接过程中焊枪始终沿焊缝运动,提升焊接质量,采用基于主动视觉传感技术的新一代激光视觉传感器实时采集焊缝轮廓的图像,由传感器控制柜按在PC界面上选定的算法进行图像处理与特征识别,提取焊缝跟踪点的位置坐标,并根据标定的参考位置和预设的比例关系转化为模拟电压量输出,进而驱动十字滑台上的伺服电机带动焊枪做出相应的纠偏动作。可编程逻辑控制器(PLC)被用来实现焊枪初始定位、滑台的手动控制与自动跟踪模式切换、安全互锁等功能。最终建立了一套适用于焊接专机的焊缝自动跟踪应用系统。实验结果表明,该系统安全实用,具备了良好的实时跟踪能力。     

储罐焊缝跟踪传感器及跟踪方法的研究

研究了用光敏元件和运算放大器制作的焊缝跟踪探头,实现了长距离大范围焊缝跟踪的问题.综合分析石油储罐环缝埋弧焊接过程中出现焊丝与焊缝中心偏离及罐壁椭圆造成的焊丝杆伸长不一致导致焊道溥厚不均,提出了二维跟踪传感器方案,通过传感器跟踪装置所需要实现的功能分析,完成了传感器的硬件设计,并进行试验,结果表明,该二维传感器的跟踪精度小于等于0.5mm,在保留2mm深度的焊缝里均能稳定工作.     

新型环缝焊接接触式跟踪装置

焊缝跟踪是实现焊接自动化的关键之一,目前虽然出现了传感器跟踪系统,但其结构复杂,成本较高.对于图5所示容器2条环缝的焊接,研制出了图6所示的焊接接触式跟踪装置,并成功地应用于焊接生产线上,介绍如下.     

基于GMR的三维智能传感器的设计与实现

简述了基于GMR的三维焊缝检测传感器.为解决焊接加工自动化过程中空间焊缝的跟踪检测,将GMR焊枪悬浮高度传感器、焊缝检测传感器以及相应的微处理器有机结合并集成,用于检测跟踪三维焊缝.基于这种三维智能传感器的焊缝跟踪系统,能够根据空间焊缝的多变性而采用不同的检测方法,大大减小了焊缝检测的盲区.实验结果表明:焊缝跟踪精度高并能够检测出空间复杂三维焊缝,达到设计要求.     

基于GMR的二维焊缝检测传感器的设计与实现

简述了基于GMR的二维焊缝检测传感器。为解决焊接加工自动化过程中焊缝的跟踪检测，将GMR焊枪悬浮高度传感器、焊缝检测传感器以及相应的微处理器有机集成，从而使传感器实现小型化智能化，减少对工件检测的死区范围。该传感器与自动焊接机组成的焊缝跟踪系统，焊缝跟踪精度高、响应速度块，减少了焊缝轨迹空间捕捉算法的复杂挫。     

电弧传感技术在焊缝跟踪中的应用

正焊缝跟踪的实质就是使焊接电弧对准焊接位置从而保证焊接接头成形和焊接质量,它通过传感器检测电弧偏离焊缝的信息,并经自动控制系统调节电弧与焊缝的相对位置,使偏离减小,直到消失。因此一套结构简单、工作可靠、灵敏度高的焊缝跟踪传感器,对于高度自动化的焊接机器人至关重要。     

一种智能型焊缝跟踪系统的研制

论述一种智能型焊缝跟踪系统,采用直接拍摄电弧式视觉传感器检测焊缝跟踪偏差,并通过一个自调整模糊控制器实现偏差的调节。整个跟踪过程可通过屏幕实时观察,所有的参数设置都通过人机对话实现。此外,还提出了一种新的焊缝图像处理方法来实时检测焊缝。试验表明,该系统能够对GTAW对接焊缝实现精确的跟踪。     

视觉传感器与焊缝自动跟踪

焊缝自动跟踪对保证焊接质量,改善劳动条件,提高焊接自动化水平有重要的作用。二维视觉传感器是目前最新型和最先进的焊缝跟踪传感器。激光——PSD扫描式视觉传感器同时具有信噪比高、信息丰富、抗干扰能力强和结构简单、成本低廉的优点。利用该传感器还可以对焊缝成形进行控制。     

基于机器视觉的焊接轨迹跟踪技术

本文针对海上风电装备高焊接质量和可靠性要求,提出了基于机器视觉的焊接轨迹跟踪技术,本方案主要由五部分组成:视觉传感系统、焊接机器人、控制系统、送丝系统、图像处理系统,其中视觉传感器系统是整个焊缝跟踪系统的核心部分,包括工业CCD摄像机、激光发生器和窄带通滤光片三个重要元件,通过对比实验确定了视觉传感器与工件、焊枪之间的位置关系,并设计了视觉传感器夹具,对工业CCD摄像机标定,结果表明:本文所依托项目采集的图像质量较优,满足焊缝跟踪的图像处理需求,图像处理算法能有效地凸显焊缝图像中激光带信息和去除无关信息,实现强干扰复杂环境下焊缝特征点的准确识别。