自动焊接传感技术研究现状及发展趋势

焊接智能化是智能制造的重要组成部分,焊接路径智能规划及焊缝精确跟踪校正是智能化焊接的基础,而焊接传感技术是焊接路径智能规划及精确跟踪的关键.本文对视觉传感、电弧传感、机械接触传感、电磁传感、红外传感、超声传感等焊接传感技术的原理及发展应用现状进行了综述,探讨了焊接传感技术的发展趋势.     

机器人电弧焊接跟踪的图像采样及快速处理

本文涉及机器人电弧焊接的视觉传感及信息处理技术,阐述了一个实用的弧焊机器人CO_2气体保护焊接视觉跟踪系统。该系统不用辅助光源,采用窄带、偏振可见光滤波技术,通过CCD黑白摄像机获取焊接区图像信息,然后经图像处理提取跟踪特征参量,作模式识别后再转换计算出控制脉冲数,控制校正机构进行焊接过程的焊枪位置校正;从而实现焊接机器人的实时视觉跟踪。 该系统以图像像素核算偏差量,故具有较高的跟踪精度。跟踪器的机构紧凑、抗干扰能力强,可适用于多种类型机器人的自动化焊接作业。     

图像处理在自动焊接中的应用和展望

图像处理技术在自动焊接领域的应用已引起国内外学者的广泛重视。通过图像传感技术获取焊接熔池直观丰富的图像信息，使用高效的图像处理算法，提取焊接熔池的特征信息，用以实现自动焊接过程质量实时传感与控制。本文综合论述了图像处理技术在自动焊接中的应用原理、数字图像的采集方法、数字图像的特征信息定义、广义数字图像处理技术及其对自动化焊接理论研究和实践应用的推动作用。通过总结图像处理技术的研究和应用现状，综合分析了图像处理技术在现代焊接技术中发展和应用的前景。     

基于工业焊接小车的视觉伺服控制算法研究

针对基于视觉传感器的焊接小车，提出了提高跟踪精度和鲁棒性的视觉伺服控制方法。首先，建立了图像特征的数学模型，并设计了错误数据的检测算法，其次，对于折线焊缝跟踪过程中存在的位置延迟问题，采用了一种自适应视觉伺服控制结构。这种自适应结构在线检测焊缝方向，并能够在焊缝方向发生变化时对控制参数进行相应的调整。针对该控制结构，设计了基于Kalman滤波器的焊缝方向变化检测算法、参考像素坐标调整算法以及预测与实时调整相结合的控制方法。焊缝自动跟踪实验表明所提方法具有较强的鲁棒性和较高的精度。     

焊接机器人智能化技术研究现状与展望

机器人焊接已经成为自动化焊接的主要标志,实现机器人焊接过程智能化是机器人焊接技术发展的必然趋势。本文从焊接传感技术、焊缝跟踪技术、焊接路径规划技术与焊缝成形质量控制技术四个方面介绍机器人焊接智能化关键技术的研究现状及其面临的问题,也展望了焊接机器人智能化技术的发展趋势。     

基于立体视觉的机器人焊接遥操作研究

研究了在立体视觉辅助下的机器人焊接遥操作技术.将立体视觉显示技术和机器人遥操作技术相结合,显著提高了焊接遥操作系统的操作性能.自主开发了基于PC的页面交互显示的立体视觉系统,以空间鼠标作为输入机器人控制命令的手控器,精确地控制远端焊接机器人的定位和跟踪焊缝.深入研究了手动跟踪焊缝的控制算法和遥控示教技术,以提高焊接遥操作的灵活性.焊接遥操作在立体视觉辅助下比二维视频监控辅助下跟踪焊缝的精度有大幅度提高,能够遥控示教空间曲线焊缝,系统操作简单,灵活.     

基于二阶Butterworth低通滤波器的磁控埋弧焊滤波新方法

介绍了一种新的磁控埋弧焊接电弧信号滤波方法,即二级Butterworth低通滤波法,并将其滤波效果与传统的简单低通滤波方法和软件中值滤波方法进行比较。结果表明:采用二级Butterworth低通滤波器对磁控埋弧焊试验中的输出焊接电弧波形进行滤波,不仅可以滤掉无用的噪声信号,而且能够很好地保留原始输出电弧波形中反映电弧位置的特征信息,其滤波效果优于传统的简单低通滤波法和软件中值滤波法,可以很好地满足不断提高的焊接质量要求。     

基于二次滤波的对接焊缝路径识别

当前视觉传感器广泛应用于焊接机器人的轨迹规划。针对焊接图像噪声干扰引起的焊缝路径提取精度差的问题,本文提出了一种基于二次滤波的方法实现焊缝的路径识别。通过对采集的焊接图像依次进行灰度处理,滤波处理,边缘提取和填充,将焊缝特征通过二值图像体现出来。同时,为了去除二值图像上噪声的干扰,再次进行滤波处理,并通过灰度重心法提取整张图像上的焊缝坐标。最后,在对接焊缝上验证了本方法识别焊缝路径的平均误差在1像素以内,满足工业的要求。     

基于P-GMAW摆动电弧传感的窄间隙坡口宽度自适应焊接

针对窄间隙自动化焊接过程中,组对误差、焊接热变形等因素导致的坡口宽度不一致问题,本文提出采用电弧传感方式对坡口宽度进行检测,并根据检测结果调节工艺参数,保证焊接质量的方法。通过研究坡口宽度偏差的提取算法,分析窄坡口条件下脉冲熔化极焊接的峰值电流、基值电流和平均电流信号的传感特征,提出以脉冲周期内的电流均值作为特征信号,利用侧壁平均法进行偏差提取的传感方式;确定了坡口宽度变化时,焊枪摆幅、焊接速度的调控方法,实现了适应坡口宽度变化的自动化焊接。窄间隙焊接试验表明,上述方法能够有效识别坡口宽度变化,及时对摆幅、焊速进行调整,可在坡口宽度变化时,保证侧壁熔合质量和焊层厚度均匀。研究结果对单道多层窄间隙焊接实现焊接自动化,保证焊接质量具有一定的参考价值。     

窄间隙P-GMAW多信息融合侧壁熔合状态识别研究

窄间隙焊缝坡口间距小且焊道较深,摆动中心与焊缝中心偏差较大时,坡口两侧侧壁受热不良,易发生未熔合缺陷。为了及时了解窄间隙侧壁熔合情况,掌握侧壁内部焊接质量,本文提出了一种基于BP神经网络和D-S证据理论的多信息融合方法,预测侧壁熔合状态。对窄间隙焊接未熔合缺陷产生机制进行了分析,研究发现焊接电弧信号和熔池变化与侧壁成形质量存在密切关系,为此进行了一系列偏差实验,建立了电弧电信号和电弧熔池图像信号的实时采集系统,采用批量特征提取算法,提取了与侧壁熔合状态密切关联的峰值电流、峰值电压、电弧弧长、熔池长宽比、熔池面积和熔池周长等特征参量。采用BP算法训练神经网络,在此基础上通过D-S证据理论进行决策级融合。实验结果表明,该模型识别率可达96.667%,避免了神经网络识别时的误诊,获得了比单一传感信息更好的预测结果,提高了熔合状态识别的准确度和可靠度。     

钛合金交替供气GMAW焊接研究

研究了钛合金GMAW保护气交替供气方式对TA2平面堆焊焊缝的影响。利用高速摄像、电流传感器对焊接过程电弧形态、熔滴过渡、电流信号等信息进行采集,并记录焊缝的形貌特征,试验结果表明,交替保护下熔滴过渡方式为细滴状轴向过渡和粗滴状非轴向排斥过渡的混合过渡模式;平均焊接电流随时间延长以类似正弦波上下交替变化,变化频率与交替频率保持一致;相比Ar气、预先混合气,交替保护能够获得熔深更深、熔宽更宽的焊缝。     

高铝粉煤灰活性剂影响TIG电弧行为研究

为了研究高铝粉煤灰作为活性剂对钨极氩弧焊电弧特性的影响规律,继而明确复合成分活性剂调控焊接电弧增加焊缝熔深的机制。基于自行开发的数据采集平台,进行了实时焊接电流、电压、焊接热循环的数据采集;基于霍尔传感器测量了电弧电流密度及其作用半径;用自制的电弧力测量装置,研究了工件表面涂覆活性剂对电弧综合作用力的影响。实验结果说明,涂覆在工件表面的活性剂在高能的等离子弧的作用下将形成复杂气氛,复杂的气氛导致焊接过程中的电弧动态特性及其电弧力产生改变,继而影响焊缝的形貌。     

新型窄间隙MAG旋转电弧传感焊缝偏差提取算法

针对旋转电弧窄间隙MAG焊多层单道焊时坡口变化平缓,传统电弧传感方法灵敏度下降的缺点,提出了1种新的电弧传感偏差提取算法.对通过实验获取的U形底对接坡口不同焊缝偏差下的电弧信号进行分析,得出偏差的大小和方向与1个旋转周期内电流极值的数目和分布有很好的对应性,并通过Matlab仿真进一步验证上述关系的合理性和可靠性.由此...     

机器人焊接智能技术研究

现今机器人自动焊越来越多地受到相关企业的重视，已逐渐成为焊接行业的发展方向，受到企业的青睐。应用焊接机器人技术是焊接领域的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式。本文主要介绍了机器人焊接智能化技术的总体构成，并对其关键技术—焊接机器人传感技术做了重点研究。     

卡尔曼预测滤波对跟踪传感器延迟补偿的算法研究

针对跟踪传感器延迟对伺服系统的精度和稳定性的不利的影响,本文提出了一种补偿方法。根据已延迟的跟踪传感器信号通过卡尔曼预测滤波来计算当前的目标位置和速度信号,并将这两个信号分别作为伺服系统的位置引导信号和速度顺馈信号进行闭环跟踪。理论分析和仿真数据表明,卡尔曼预测滤波能够在几帧内预测得到较准确的目标位置和速度信号,该补偿方法能够有效地提高伺服系统的跟踪精度和稳定性。     

焊缝自动跟踪的计算机控制

本文分析了目前焊缝自动跟踪装置在实际应用中所遇到的问题,认为应摆脱以往传感器研究的局限性,提出以传感器信号处理和焊缝变化规律分析为要点的计算机控制软件设计思想。详细介绍了由MCS—51系列单片微型计算机控制的电磁传感焊缝自动跟踪系统。数字信号处理使传感器的实际性能大为提高,可适应各种规律和不规律的坡口。跟踪过程中遇到定位焊点等随机干扰可自动排除,由于有计算机对焊接变化规律的准确计算和精密的数控执行机构,可以在干扰持续较长的情况下保证小的跟踪偏差。     

基于焊接路径节点提取的对接焊缝路径规划方法

当前,焊接机器人大都采用离线编程和示教再现的方式进行路径规划,存在着焊缝定位复杂度高和灵活性差等问题。为了提高路径规划效率和焊接自动化程度,本文提出了一种基于焊接路径节点提取的对接焊缝路径规划的方法。首先通过视觉传感器获得焊接图像,经滤波去噪和阈值分割将焊接图像中的焊缝特征提取出来,进一步通过灰度重心法提取焊缝坐标点并进行直线拟合,将相邻的拟合直线交点作为焊缝的节点输出,完成焊接路径的轨迹规划。最后在对接锯齿形焊缝上进行实验,验证了本文方法的可行性。     

基于模糊自适应PID焊缝轨迹跟踪的机器人焊接前瞻控制方法

研究了机器人焊接的控制.针对当前传统焊接工业机器人通常仅按照示教点进行既定轨迹运动,不能适应小批量多品种的柔性与智能生产线的问题,将工业相机、图像处理技术与智能机器人相结合,提取出焊缝轨迹发送给机器人,同时为提高机器人焊接过程中的轨迹跟踪精度问题,提出了一种基于模糊自适应PID焊缝轨迹跟踪的前瞻控制方法.在工程大型薄壁结构件的焊接过程中,该方法将视觉检测与识别用于焊缝轨迹跟踪,以提高焊接机器人的作业精度.最后通过实验,验证了该方法具有良好的自适应性和控制精度,能够实现前瞻偏差补偿控制.     

焊缝激光跟踪图像处理中关键技术的研究

在焊缝激光跟踪实时图像处理中,采用卷积滤波和中值滤波相结合的方法,提高了中值滤 波能力和处理速度;采用Robert算子,较好地保留了激光光带的边缘;采用左右边界平均值来抽取激光带中心线简单易行;用斜率分析法来检测特征点方便可靠。该图像处理技术效果好能够满足跟踪系统的实时性要求。     

薄板TIG焊熔池谐振法熔透自适应控制

在直流电流上附加正弦波焊接电流,诱发熔池金属振荡,通过电弧电压检测熔池谐振信号,此谐振信号与熔池尺寸有良好对应关系。实验研究了影响熔池谐振信号产生的电弧因素,通过建立以直流变动电流电源、步进电弧、微计算机数据采集和反馈控制为主体的焊接熔透控制系统,实现了薄板对接焊缝熔宽的实时控制,获得良好焊缝成形。在有意识地改变外部影响因素条件下,取得了满意的自适应控制效果。