膜式壁焊缝图像处理及其识别方法

提出一种基于新的单目视觉线性结构光的膜式壁焊缝识别方法,克服了焊接过程中的飞溅、烟雾等干扰,快速地提取了膜式壁角焊缝特征点。首先,根据激光条纹图像与背景的显著性差异,采用灰度级频率法提取了激光条纹图像;其次,基于骨架抽取提取了激光条纹中心线,并对中心线坐标应用Takagi Sugeno模糊算法进行滤波;最后,应用动态ROI搜寻法快速找到含有焊缝特征点的区域,结合快速排序算法找到焊缝特征点坐标。经实验证明,该算法能够快速准确地提取焊缝特征点,结合控制算法,能够准确跟踪焊缝。     

基于双线结构光传感器的埋弧焊缝跟踪系统研究

针对船舶制造中长板对接焊缝的埋弧焊生产效率低、劳动强度大,且使用单线结构光传感器易受小车行走轨道安放的影响而产生导前误差,研制了一种基于双线结构光传感器的埋弧焊缝跟踪系统。基于结构光成像原理,建立了双线结构光传感器的数学模型,从中得到了焊缝轨迹空间位姿和焊缝偏差。设计了双线结构光传感器,并结合埋弧焊的焊接特点,设计了针对V形坡口焊缝的图像处理算法。介绍了焊缝跟踪系统的组成和工作原理,并对传感器和焊缝跟踪系统进行了试验验证。结果表明,传感器数学模型正确且检测精度较高,能够实现对焊缝轨迹空间位姿的检测,焊缝跟踪系统运行稳定,能够满足实际焊接要求。     

基于激光视觉的薄板焊缝跟踪方法研究北大核心

由于示教型焊接机器人在进行汽车薄板件连续焊工艺时存在装夹误差和热变形等问题,导致焊缝实际轨迹与示教轨迹存在较大误差。为提高焊接质量,基于焊接机器人构建激光视觉焊缝检测跟踪系统,提出基于目标估计准则的焊缝跟踪算法,实时跟踪焊缝中心点三维位置变化。以传统图像处理法提取初始帧焊缝特征点,通过改进的孪生神经网络对强干扰下的焊缝特征点进行跟踪提取。通过坐标转换得到机器人基坐标系下的焊缝中心特征点三维坐标。结果表明:该算法能精确提取跟踪焊缝特征点,平均误差为0.48 mm,平均帧率为90帧/s,优于传统图像处理方法和基于相关滤波的方法,能够实现快速准确的跟踪。     

船舱流水孔焊缝图像处理与识别方法

焊接机器人对船舱流水孔焊缝自动跟踪焊接过程中,焊缝图像处理和特征识别方法是自动跟踪焊接成败的关键所在。在多次试验改进的基础上,得出一套适用于流水孔焊缝图像处理和识别方法。利用改进的梯度算法对焊缝图像进行激光条纹的提取,用连通域方法去除小面积的区域。根据船舱流水孔类型的不同,提出相对应的特征识别方法。通过大量试验验证,该方法能够实时检测流水孔的特征点,结合控制算法完成焊缝自动跟踪,效果良好。     

旋转电弧传感焊炬空间姿态与仿真分析

为了使得旋转电弧传感焊炬便于在狭小空间进行焊接作业,焊炬空间姿态信息分析及识别处理研究必不可少. 通过建立焊炬高度数学模型,分析在不同焊炬跟踪角、焊炬工作角、焊炬行走角、焊缝左右横向偏差、坡口夹角的情况下焊炬高度变化关系及对焊缝偏差提取精度的影响. 仿真结果表明,对于偏差识别精度,焊炬工作角影响最大,其它均在合理范围之内. 但在焊炬空间姿态均有所变化时,偏差识别精度不稳定. 基于此为焊炬空间姿态信息合理解耦和精确识别提供了理论依据.     

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.     

基于摆动式电弧传感器的焊缝跟踪方法

实现焊接工作的机器人化是焊接自动化发展的主要方向,在汽车制造、工程机械等产业已有广泛的应用.但目前国内外应用的大都是示教再现型焊接机器人, 还无法解决诸如安装误差、焊接变形等各种原因引起实际焊缝线偏离示教运动轨迹的困难,不具备焊缝实时跟踪纠偏的功能.因此,焊缝跟踪对于焊接机器人实现焊接过程显得尤为重要,其中焊缝偏差信息提取是实现焊缝跟踪的主要研究课题.只有准确地识别出焊缝和焊炬的具体位置,才能控制焊炬,使之能够始终保持在焊缝上,从而保证焊接工作的顺利.基于上述目的,本文提出利用摆动式电弧传感器提取焊缝偏差信息,实现焊缝偏差实时跟踪的基本方法.     

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。     

基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪

主要研究以轮式移动机器人为本体的球罐焊接机器人的焊缝跟踪问题。轮式移动机器人本体难以实现实时、准确的运动轨迹控制 ,而球罐焊接工艺要求焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度焊接。为解决这一矛盾 ,本文首先设计了在一定运动约束条件下的轮式机器人本体与焊炬运动机构 ,建立了基于双CCD传感器的焊缝路径检测系统。在对轮式移动机器人在球罐表面移动时的运动学分析基础上 ,建立了机器人本体在一定误差范围内跟踪焊缝的控制模型 ,并设计了相应的控制策略。根据机器人与焊炬之间的运动约束关系 ,提出了焊炬位置实时精确的跟踪控制策略。现场工艺试验表明 ,所研制的球罐焊接机器人焊炬跟踪精度可达± 0 .5mm ,能够满足实际工程应用     

基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪

针对某复杂曲面薄壁不锈钢工件精密脉冲TIG焊中的焊缝跟踪问题 ,本文研究了一种基于视觉传感的高精度、高实时性焊缝跟踪技术。根据脉冲TIG焊的工艺特点 ,该技术通过选择特定波长的滤光片及合理的曝光时刻 ,采用工业CCD摄像机获取可直接分辨出焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像。采用VC语言设计的图像处理算法 ,可以快速准确地识别出焊缝中心线 ,提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离 ,驱动步进电机调节焊炬位置 ,实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。试验结果表明 ,该技术的单幅图像处理周期小于 12 0ms,能实现焊炬运动方向与焊缝偏差角小于 3 0°的焊缝跟踪 ,满足了复杂曲面的薄壁不锈钢工件的精密焊接要求。     

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.     

旋转电弧传感移动机器人前倾后倾时对角焊缝的跟踪

旋转电弧传感的移动焊接机器人对90°折线角焊缝进行跟踪时,焊炬姿态先前倾,过了直角点后姿态为后倾,倾角最大为45°,焊炬倾角的变化将导致传感器对焊缝跟踪产生偏差。通过旋转电弧传感器旋转轨迹在水平面的投影得到了带倾角的旋转电弧传感器高度的几何模型,利用焊炬存在倾角时一个旋转周期内前后半周期高度的对称性,运用最小二乘法分别对旋转电弧焊炬前后半周期的焊接电流进行拟合,得到存在倾角时旋转电弧传感器对角焊缝识别的方法。最后,通过实验验证该方法的正确性和有效性。     

移动机器人跟踪90°折线角焊缝的路径规划及直角点识别

针对焊接机器人对90°折线角焊缝焊接困难的问题,对基于旋转电弧传感器移动焊接机器人焊接90°折线角焊缝进行了研究。针对直角点处焊缝难以焊接到,提出了一种以直角点为分界点的分段路径规划,保证焊接到直角点处焊缝。通过研究旋转电弧传感器旋转轨迹在水平面的投影,建立了旋转电弧焊炬对角焊缝高度的几何模型,得到焊接过程中焊炬在一个旋转周期高度的变化,用以识别直角点。最后通过实验验证了方法的可行性。     

基于线结构光的曲线焊缝焊接技术

在实际焊接过程中,曲线焊接是工业生产中的一项重要内容,其焊接方法目前以示教焊接以及建立数学模型为主,这些方法的过程过于机械和繁杂。文中提出一种新的基于线结构光的曲线焊缝焊接技术。在实验中,首先对采集的图像进行降噪等图像处理,通过焊缝的特征点提取算法,得到焊缝的特征点坐标,最后,利用B样条曲线插值算法,将各特征点坐标进行曲线拟合。在此基础上使用一种新的算法能够实时的根据工件侧面的角度自动调节焊枪的角度,极大地提高了焊接工艺。经实验表明其实际误差约为0.1mm,具有良好的检测精度,能够满足实际焊接的精度和需求。     

塔吊臂架角钢外角接焊缝跟踪系统

为实现塔吊臂架角钢外角接接缝的自动化焊接,设计了一套具有可靠性高、能够在工业现场长期应用的激光视觉焊缝跟踪系统.介绍了系统的组成和工作原理.根据外角接接头几何特点,设计了一套专门图像处理算法,能够快速准确可靠地提取焊缝特征和中心位置,并对焊缝中心检测结果进行数字滤波,以提高抗干扰性.在焊枪纠偏控制中,针对检测传感器前置的特点,水平方向的焊缝跟踪采用一种基于实时焊缝斜率的跟踪算法,并运用PD算法进行焊枪调整;针对高度方向上的焊缝跟踪特点,采用带智能积分的模糊控制器进行焊枪调整.经现场试用表明,该系统运行稳定,能够满足焊接精度要求,具有较高的实用价值.     

基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪

针对轮式移动焊接机器人在造船、大型球罐焊接等工业生产中的大曲率弯曲焊缝跟踪问题,在采用小波实时降噪的基础上,结合焊缝切线法的思路和滑模变结构控制方法提出了动态焊缝切线法,并且通过Matlab仿真分析和试验验证,证明了该方法能够以固定步长实时修正焊接小车驱动轮的速度,保证焊炬沿大曲率弯曲焊缝轨迹跟踪效果较好的前提下切线速度大小基本不变,提高了焊缝质量,实现了弯曲焊缝的实时自动跟踪. 为轮式移动焊接机器人在复杂轨迹的焊缝自动跟踪应用方面提供了一种新的理论思路.     

结构光视觉鲁棒焊接接头跟踪

针对焊接时严重的干扰降低了接头特征提取效率的问题,提出了一种预测-匹配-估计的闭环递推机制来完成起弧下的接头特征跟踪检测.通过对焊接接头位置与形状的预测给出了结构光轮廓信号在图像中所在的区域,进一步通过基于模型的轮廓匹配方法识别出焊缝接头,最后利用基于可信度的滤波方法估计出合理的焊接轨迹,结果表明,该方法不仅明显地提升了焊缝接头轮廓识别的成功率和实时性,即使在面对接头特征识别结果出现粗值或者提取失败的不利情况下,依旧能够保证焊缝跟踪的可靠性.     

基于机器视觉的管道焊接跟踪技术研究

针对爬行焊接机器人在管道自动焊接中对典型的V形坡口焊缝的定位与中心线的提取,设计了一种基于激光视觉检测的自动焊缝跟踪系统。提出了一种基于激光条纹图像特征的两步定位方法:第一步,建立模板匹配,利用模板匹配方式获取激光条纹位置区域;第二步,采用阈值分割和中心法提取激光条纹中心线,然后采用Shi-Tomasi算法对中心线进行角点检测,经过拟合直线求交点和逐列扫描对比得到焊缝坡口的4个拐点信息,并确定焊缝中心。通过对实际的焊接过程进行测试,结果表明:跟踪系统的平均纠偏误差在2像素以内,平均处理纠偏时间在120 ms以内,具有较高的精度和实时性。     

基于结构光的角焊缝空间位置检测系统

自主研发了一种基于结构光图像的角焊缝空间位置检测系统。通过调节相机和标定板的相对位置进行多次拍摄,采用L-M算法开展标定数据最优化拟合,标定相机内参和外参。在结构光图像上,逐列提取灰度主峰,并基于迭代端点拟合法进行平滑处理,利用渐进霍夫变换方法确定结构光图像的角点。基于标定获得了空间转换关系,计算角焊缝空间位置坐标并反馈给焊接机器人。测试结果显示,该方法较好地完成了三面体结构工件角焊缝的机器人位置调整,机器人焊接系统的实测最大位置偏差小于±0.15 mm。     

旋转电弧传感器跟踪波纹板角焊缝研究

针对类似集装箱波纹板的角焊缝焊接难题,利用了一种能自动旋转的电弧传感器对波纹板角焊缝的自动焊接进行了研究。建立了在不同位置电弧传感器旋转时焊炬高度的数学模型,得到焊炬高度的变化规律。利用最小二乘偏差法和积分差值检测法分析焊炬的高度变化。试验过程中,将采集的旋转电弧焊接电流通过相应的滤波处理得到精准的数据,并利用最小二乘偏差法得出焊接偏差,利用积分差值进行焊缝折点的识别。