坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉测量

提出了一种坡口及焊缝表面三维轮廓激光视觉测量方法. 投射在坡口及焊缝轮廓表面的激光条纹,其视觉图像可作为表征轮廓特征的信息源,系统采集连续扫描的激光条纹视觉图像,得到条纹上各离散点的三维坐标. 同时采用一种搜索拟合插值算法,获取条纹间各离散点的三维坐标,在系统的三维坐标系中,采用离散点直连成网格的曲面重构方法,实现了一段坡口及焊缝表面三维轮廓的实时测量. 结果表明,在重构的三维表面轮廓任意截面上,获取的坡口宽度和深度值与游标卡尺实际测量值吻合度可达97.85%以上,这种激光视觉测量方法是可行的.     

基于光栅投影的焊后焊缝表面三维测量

焊缝表面三维轮廓是评价焊后焊缝质量的重要指标,针对常用线结构光扫描进行焊缝测量时无法兼顾测量速度与精度等问题,设计并搭建了一种基于面结构光光栅投影的焊缝三维轮廓测量系统. 首先,通过数字光处理(digital light processing,DLP)投影仪向焊缝表面投射面结构光光栅条纹图像,摄像机获取变形调制条纹,利用四步相移法结合多频外差时域解相算法准确地实现了变形光栅条纹相位主值的解算和相位的展开.然后,利用平面靶标结合精密平移台获取空间点阵列的方法实现了对模型参数的标定,该标定方法精度高、可操作性强、结构稳定.最后,采用空间相位映射模型实现焊缝相位信息到高度信息的转换,实现焊缝三维轮廓的测量.结果表明,该测量方法能很好的表现焊缝细节信息,测量结果准确,测量精度能达到0.0968 mm,可以为焊后焊缝外观检测与评价提供可靠数据.     

基于激光视觉传感的焊缝三维测量

焊缝的三维测量是焊接过程自动化领域的关键技术之一.为了能够还原焊缝表面的轮廓并计算其各项参数,本文提出了一种基于激光视觉的焊缝表面非接触式测量系统,重点介绍了光学成像系统的设计、检测系统参数标定方法以及结构光光条图像的处理过程,最终得到了较为理想的焊缝轮廓曲线,并结合标定结果对焊缝的参数进行了计算.实验证明,整个检测系统具有较高的检测精度和稳定性.     

基于DSP的不锈钢大直径焊管焊缝实时跟踪系统

介绍了一种基于DSP的不锈钢焊管等离子弧焊的焊缝实时跟踪系统,对其工作原理、控制系统的硬件设计和软件程序设计的要点等进行了阐述.该系统采用激光传感器测量焊缝的位置,并采用Fuzzy-P双模控制进行焊缝的纠偏;采用DSP作为核心控制器产生控制信号,驱动焊枪高度方向的运动和焊管的旋转,实现焊枪对焊缝的实时自动跟踪,并根据焊...     

镀锌钢GMAW焊缝成形特征与焊枪方向同步实时检测

针对基于激光视觉传感的镀锌钢薄板搭接GMAW特点,提出了一种搭接接头焊缝成形全位置特征与焊枪方向同步实时检测方法. 该方法利用激光视觉系统同步检测焊缝与焊丝信息,采用尺度不变特征变换与方向特征检测算法,同步实时获取焊缝轮廓与焊丝方向;采用Harris角点检测算法实现焊缝轮廓特征点识别;针对接头焊缝面积偏小的特点,采用线性插值方法实现了焊缝高度与宽度的全位置、焊缝面积的亚像素级测量,并基于零、一阶矩实现了焊缝重心检测. 结果表明,该算法适应性强、测精度高,为基于焊枪姿态和焊接过程参数优化在线控制焊缝成形提供了依据.     

焊缝轮廓线激光检测系统开发及算法实现

目前焊缝表面检测主要依靠肉眼观察和简单测量实现,其科学性、精确性受到检验人员主观因素的影响。线激光扫描方法是工业应用中比较先进的非接触轮廓检测方法。通过线激光扫描,利用激光三角测量法可以得到物体轮廓,进而得到物体的形貌信息。基于上述技术,开发了一套焊缝轮廓线激光检测系统,系统由半导体线激光器、CMOS工业相机、LabVIEW虚拟仪器软件平台组成。基于LabVIEW编写了包括图像采集、图像处理与焊缝轮廓计算的系统,能够得到较为准确的焊缝表面轮廓信息。     

基于OMAP-L138+FPGA的数控皮革切割机控制系统的设计

设计一种基于OMAP-L138+FPGA的嵌入式数控皮革裁割机控制系统。该控制系统以TI公司的OMAP-L138双核处理器配合FPGA作为核心器件,以伺服驱动器和伺服电机作为执行系统的关键组件。其中OMAP-L138双核处理器内部的ARM核负责文件解析和人机交互工作,DSP核负责实时的速度规划和插补计算工作,FPGA负责通用输入输出(GPIO)控制、插补脉冲输出以及信息采集工作。ARM与DSP的双核通信则借助DSPLINK组件完成。实验表明:该控制系统的切割效率高,刀具切割轮廓曲线平滑。系统软件和硬件设计合理可行。目前,该系统已经应用于实际的工业生产中。     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

基于激光光栅的焊口数字轮廓视觉测量

为获取智能化焊接系统所需的基础数据,搭建了一套焊口数字轮廓的激光光栅视觉测量系统。通过对比不同工作距离和光栅投射角度下的条纹图像,确定了获取表征焊口轮廓光栅条纹图像的前提条件。探讨条纹连续扫描时,系统借助于条纹图像获取焊口轮廓信息的实现方法,建立的光栅扫描速度与摄像机曝光间隔时间算法为确定系统测量速度和精度提供了决策依据。探讨了基于条纹图像的分割和细化,获取了离散点三维坐标,通过三维重构建立焊口数字轮廓的实现方法。验证结果表明,该系统能够实时获取焊口的数字化轮廓,视觉测量的宽度值和深度值与人工测量结果的吻合度最高可达99.75%。     

超塑性自由胀形的双目立体视觉测量研究

超塑性自由胀形实验中准确测量胀形件轮廓曲面以及曲面上各点的变形是建立超塑性自由胀形解析理论的重要基础.本工作依据自由胀形件轮廓为轴对称旋转曲面这一重要特征,将曲面测量问题转化为曲面上特征点的测量,采用双目立体视觉系统测量特征点的三维坐标,并进行曲线拟合以确定其轮廓曲面,计算几何参数,通过分析轮廓曲面上特征点位置变化以及两相邻特征点之间间距的变化来测量应变.介绍了双目立体视觉系统的组成和测量方法,以及系统模型、标定方法、消除高温影响和图像处理等关键环节,给出了胀形件几何参数和变形测量的方法,进行了测量实验.     

光纤式激光焊缝跟踪传感系统研究

开发出了具有自主知识产权的一种新颖的光纤式激光焊缝跟踪传感系统,该系统基于线结构光测量原理,利用光纤所具有的自由度大、能弯曲及易实现长光路等特点,构成灵巧的全光学传感探头;信号处理部分由以DSP为核心的微处理器、视频A/D、CPLD逻辑单元等组成,整个测量系统结构简单紧凑、便宜实用;与传统的激光焊缝跟踪传感系统相比,光纤激光图像传感系统具有对背景光空间滤波的独特优势.     

移动式焊接机器人DSP焊缝跟踪控制系统研究

设计了一种用于大型焊件自动化焊接的移动式机器人,对其结构组成、工作原理进行了简要阐述,着重研究了基于DSP的焊缝跟踪控制系统组成和算法.试验结果表明,该移动式焊接机器人焊缝跟踪系统功能完善、工作稳定可靠、跟踪精度高,可用于实际焊接生产.     

三维焊缝图像传感技术

介绍一种采用光栅莫尔条纹技术的三维焊缝图像传感系统,它由交角很小的两块黑白透射光栅和CCD摄像机镜头等元件构成,根据系统的光路结构找出变形的莫尔条纹相对焊缝的上表面相对偏移量与焊缝形貌的函数关系,得到焊缝的三维信息.阐述了实现方法以及图像处理过程,并进行了获取焊缝三维图像的试验.结果表明,这种光栅莫尔条纹三维测量技术提取图像信息简单,可以获得焊缝的边缘形状和焊缝坡口的大致形貌,适用于焊缝图像的精确特征识别和提取.     

FPGA在焊缝图像处理中的应用研究

实时图像处理技术在图像的提取与检测中有着广泛的应用.SOPC技术在硬件上对图像进行实时处理是图像处理技术新的发展方向,FPGA是运用SOPC技术进行图像处理的核心器件.针对焊缝图像处理的特点,提出一种基于FPGA的图像处理算法开发平台,将应用于焊缝图像处理中的中值滤波、二值化、边缘检测等算法在FPGA上实现,达到实时处理的要求.使用FPGA处理焊缝图像能够获得较好的处理效果,提高图像的处理速度,减少占用逻辑单元.探讨实时图像处理算法及FPGA的硬件实现为焊接机器人实现实用化和智能化的进一步研究和开发应用提供了良好基础和新的途径.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

基于DSP的焊缝位置实时检测技术

提出基于TMS320DM642高速数字信号处理芯片的焊缝位置实时检测系统,对系统的工作过程和各模块的实现方法作了详细的描述,并基于此探索出利用TI提供的图像处理函数库对焊缝图像进行处理的方法.通过DSP对CCD摄取的焊缝图像进行处理,得到了焊缝的相关位置信息,满足了实际焊接过程的需要.     

基于嵌入式CCD和超声波的锅炉焊缝疲劳损伤检测

选择TI Keystone架构的高性能多核DSP TMS320C6678作为锅炉焊接缺陷检测系统的CCD图像处理硬件核心,设计了嵌入式CCD自动检测系统用于焊道的疲劳损伤检测。系统采用多核DSP控制器设计嵌入式CCD采集图像进行预处理、边缘检测进而提取轮廓,计算焊缝图像位置,调整执行机构和超声波探头的位置,实现焊道自动检测。     

圆形扫描结构光传感器的标定和焊缝检测

设计了一种新型圆形扫描结构光传感器,可在待焊工件表面形成圆形激光轨迹.阐述了该传感系统的三维测量原理,并分别对摄像机和结构光进行了标定,获得摄像机的内外参数和结构光锥面在摄像机坐标系下的方程.分别采集了对接焊缝、角接焊缝、搭接焊缝、V形坡口焊缝的图像,经过一系列的图像处理过程获得具有明显焊缝特征的二值细化图像.根据焊缝特征可以识别焊缝,得到焊缝特征点的三维空间坐标.     

基于虚拟仪器技术的三轴运动实时测量系统设计

采用美国国家仪器(NI)公司的LabVIEW开发了一个三轴实时运动测量系统,实现了滑块的运动轨迹、速度等参数的实时测量与三维显示等功能,对该系统的配置、测量方案和关键技术进行了讨论.     

基于嵌入式DSP视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制

针对坡口加工及焊接变形等因素引起的焊缝坡口宽度不确定性变化影响焊缝成形的问题,建立了基于嵌入式DSP(digital signal processor)视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制系统.所设计的视觉伺服平台采用TMS320DM642实现焊接熔池区域图像的采集与处理,采用TMS320F2812实现焊枪位姿和焊接工艺参数的实时调整.设计了专门的图像处理算法,分离并提取熔池、焊缝和焊丝的位置信息.通过对焊缝坡口宽度变化的视觉检测,实时调节焊接速度、焊枪摆动宽度和中心位置等参数,获得了外观良好、X光检验合格的焊缝成形.