焊管纵缝实时焊缝跟踪的机器视觉方法

介绍了一个大直径不锈钢等离子弧焊管纵缝焊缝跟踪系统。该系统利用视觉传感器将熔池与接缝拍摄在一幅图像中，检测出接缝偏差然后驱动工件运动使接缝对准焊枪。提出了一种新颖的基于机器视觉的熔池区域图像处理算法。该算法以20帧／s的速度实时处理图像并提取出三个特征量用来计算接缝偏差。试验证明这种算法是有效的，并且能够满足系统的实时响应要求。     

大功率光纤激光焊焊缝跟踪偏差测量新方法

针对大功率光纤激光焊,分析一种基于近红外图像识别的焊缝跟踪偏差测量新方法.通过高速摄像机获取动态熔池近红外图像序列,分析熔池近红外图像的灰度分布特性,利用图像灰度梯度提取熔池温度分布参数.该参数能够体现激光束偏离焊缝时熔池表面温度的变化特性.以熔池温度分布参数作为特征测量值,利用最小二乘法建立焊缝路径与激光束偏离的近红...     

基于视觉处理的焊缝质量检测与控制系统

采用视觉处理方法是实现焊接质量检测与控制的重要途径之一,而视觉处理算法是其可靠、准确应用的关键环节.采用CCD传感器直接摄像法获取焊接熔池的图像,利用数学形态学的图像处理方法,建立统一的非线性处理算法,对熔池图像进行预处理和特征提取,获取熔池边缘信息并确定焊缝中心和熔宽、熔高等信息,将这些信息与模糊逻辑相融合,实现高性能的跟踪和焊接质量PID模糊闭环控制.试验结果表明,基于视觉处理的焊接质量检测与控制系统具有良好的稳定性和准确性.     

Real-time seam tracking control technology during welding robot GTAW process based on passive vision sensor

This paper presents a technology about real-time seam tracking, which is necessary to overcome the deficiencies of the teaching-playback welding robots in seam tracking control during gas tungsten arc welding (GTAW) process. A set of vision sensor system has been designed for the welding robot, which can acquire clear and steady welding images. By analyzing the features of welding images, a new improved Canny algorithm has been proposed to detect the edges of seam and pool, and extract the characteristic parameters of welding images. Based on the analysis of the characteristic of the real-time seam tracking, a segmented self-adaptive PID controller is introduced to the system, and some experiments have been done to testify whether the accuracy of the technology can meet the requirements of quality control of seam forming.     

基于最小二乘法的小车方位角实时辨识

应用最小二乘法对移动焊接机器人传感器矢量与焊缝之间的位置关系进行了研究,提出了焊缝跟踪过程中小车方位角的实时辨识算法.为了确切表达传感器、焊缝、焊枪三者之间的空间位置关系,首先引入了传感器矢量的概念.然后根据前置传感器的特点,提出在焊缝跟踪的小邻域内,传感器矢量和焊缝之间的位置关系可以用一次多项式或二次多项式来完全表达.在此基础上,应用最小二乘法,建立了小车方位角的实时辨识算法并给出了算法的具体实现.最后通过实际的焊缝跟踪试验,验证了该算法的有效性.该算法的应用,为移动焊接机器人实现复杂曲线焊缝的实时跟踪奠定了重要的基础.     

电弧传感器和超声波传感器信息融合在焊接中的应用

利用超声波熔深测量传感器和电弧焊缝跟踪传感器联合控制焊缝跟踪精度和焊接质量。电弧传感器获取焊缝偏差信息,超声波传感器获取焊缝熔深信息,将超声波获取的焊缝熔深信息转换为焊缝偏差信息后,采用最优加权与递推最小二乘法相结合的融合算法对两种传感器得到的焊缝偏差信息进行融合处理,能有效提高焊缝跟踪精度。融合处理后的焊缝偏差信息和焊缝熔深信息输入到三输入两输出模式的模糊控制器,实现了焊接质量的在线检测,提高了焊缝跟踪精度。     

电弧焊接焊缝偏差方法研究

焊缝跟踪技术是自动电弧焊接的一个重要研究领域,实现精确的焊缝跟踪对于提高焊接质量具有非常重要的作用。而要实现精确的焊缝跟踪,焊缝偏差(即焊缝中心与电弧的偏差)检测技术是一个关键。通过图像处理技术,选取熔池图像处理区域(包括熔池前端与熔池前端部份焊缝),并将熔池图像质心作为分析焊缝偏差的特性参量,研究利用熔池特性参数来建立焊缝偏差测量视觉模型的方法。     

激光焊接不锈钢微间隙焊缝偏差角点检测法

针对大功率(10 kW)光纤激光焊接304不锈钢紧密对接微间隙焊缝(焊缝间隙小于0.1 mm),通过高速像机摄取熔池近红外热像并分析其特征,分析和处理熔池热像特征,提取激光束偏离焊缝位置的信息,探索激光束与焊缝偏差的信息表征.利用激光深熔焊的匙孔效应,研究焊缝在固态与液态交界处不稳定边缘特征点,提出一种角点检测法实现微间隙焊缝偏差的检测.结果表明,熔池红外热像角点密集分布中心与焊缝偏差有密切的关系,通过角点分布密度可以有效判断焊缝偏差状态.     

侧向风场作用下横向焊接旋转电弧传感及焊缝跟踪

文中利用侧向风场的吹袭作用来抑制横焊熔池的下淌,研究了在侧向风场作用下焊缝成形质量和旋转电弧的传感特性. 提出了一种基于平面拟合的焊枪偏差和电极高度检测算法,实现了同一电流信号下焊枪偏差和电极高度的同时检测. 结果表明,适当控制侧风流量有助于抑制熔池下淌、改善焊缝成形. 但是随着风速的增加,焊接电弧的熄弧率升高、电弧传感的准确性降低. 针对焊接电流的噪声干扰,还设计了软阈值小波滤波算法,并开发了相应的模糊控制算法对焊枪偏差和电极高度进行调节,初步实现了横焊焊缝的成形控制和跟踪.     

窄间隙埋弧焊的磁控与电感复合式焊缝跟踪方法

针对窄间隙埋弧焊焊缝横向和高低跟踪中存在的问题,设计一种基于电感原理的新型电磁传感器,通过初级线圈磁场控制电弧摆动扫描焊接坡口,采集电流信号经过单片机处理后获得焊枪的左右偏差,控制左右调节滑块的水平运动,能够较好地解决窄间隙焊缝焊接时侧壁不易熔合的问题;通过次级线圈感应电动势的变化反映焊炬的高低位置信息,实时识别焊枪相对焊缝的高低偏差,根据焊枪高低位置变化情况,进行PID算法设计,使系统能够快速平稳实现左右和高低双向跟踪. 结果表明,该传感器结构简单,灵敏度高,抗干扰能力强,为厚板窄间隙埋弧焊的跟踪提供了一种新的解决方案.     

基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测

针对磁控摆动电弧扫描焊缝获取有用信息量少的问题,提出了一种基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测方法. 文中简述了磁控旋转电弧传感器的基本原理,对磁控旋转电弧的运动轨迹进行了仿真,利用位置传感器对电弧进行定位,采用四分圆周采样法,运用Kalman滤波原理进行滤波处理,分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息,并引入加权预测矫正因子对焊缝的偏差信息进行预测矫正. 结果表明,该方法用于磁控旋转电弧焊缝自动跟踪可行,提高了焊缝跟踪的精度,为预测方法用于焊缝偏差算法提供了科学依据.     

基于钨极倒影的GTAW三维焊缝位置检测

为了同时实现钨极惰性气体保护焊(GTAW)中弧长控制和焊缝跟踪,文中提出一种基于钨极倒影的焊缝位置检测新方法.该方法将所研制的视觉传感器固接于焊枪上,从侧前方观测熔池,拍摄得到的图像包含有钨极前端、熔池前部、焊缝棱边以及钨极在熔池中所成的像等元素.通过所提出的基于实际钨极中心线约束的弧长算法和基于熔池水平约束的钨极左右偏差算法,计算得到焊缝相对钨极的三维位置,以此为控制量可以实现三维精密焊缝跟踪.结果表明,该方法是有效的,检测精度达到±0.1mm,满足精密焊接应用要求.     

BP神经网络在焊缝位置识别中的应用

研究了一种焊缝位置识别新方法,在一定工艺条件下,使用视觉传感器采集焊接熔池图像,选取图像中熔池前端部分进行处理,先对其进行中值滤波与灰度变换,在此基础上,获取每一幅熔池图像的质心值、质心位移、质心速度及电弧与焊缝的偏差值作为训练样本数据.以质心值、质心位移和质心速度为输入量,以偏差值为输出量,利用BP神经网络建立其数学模型,最后对该模型进行检验.检验结果表明,该模型能够较准确地描述熔池图像质心与焊缝偏差之间的关系,为进一步实现精确的焊缝跟踪提供了理论和试验依据.     

GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点跟踪算法

针对GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点检测难题,基于熔池液态边缘波动大,固态成形金属边缘波动小的特性,提出一种连续图像采集处理的熔池尾部固液分界点跟踪算法. 采用去噪、高斯滤波、边缘检测和阈值分割等算法预处理熔池尾部图像,根据连续图像熔池尾部边缘像素点坐标变化,计算其差异系数,通过多项式函数拟合像素点差异系数曲线,并求取其一阶导数,据此判定差异系数曲线折点,确定熔池尾部固液分界点. 结果表明,该算法有效地实现了GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点的实时跟踪,算法简易、高效,具有良好的抗干扰能力.     

基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法

通过对管道全位置熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池图像的研究分析,发现并验证了其根焊熔池图像尖端与焊缝坡口中心位置重合的现象,依据此规律性特征,提出了一种基于熔池图像尖端信息的焊接偏差测定方法.该方法的基本原理是,在对焊接过程熔池CCD图像进行中值滤波、小波变换、连通区域分割等图像处理后,以搜索算法测得的根焊熔池图像尖端位置信息作为焊缝坡口中心位置的坐标值,此值与焊丝中心坐标值之差即为焊接偏差量.试验证明,此方法能从根焊熔池图像中实时测定焊接偏差量,为实现机器人自动焊缝跟踪控制提供了可靠依据.     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.     

GTAW神经网络-模糊控制技术的研究

研究神经网络与模糊控制融合技术,构成钨极气体保护电弧焊ＧＴＡＷ神经网络＝模糊控制系统。重点论述神经网络和模糊逻辑在熔深建模和控制以地缝跟踪方面的应用。通过视觉传感ＣＣＤ获取电弧区图像和熔池表面的应用。种描述深的神经焊缝间隙是量来精确估算熔的精度,同时结合模糊逻辑提高熔深的控制精度。针对弧焊过程非线性以焊炬伺服系统动态过程难以用角的数学模型来表达的问题,设计焊缝跟踪自调整模糊控制器,通过自适应共振理     

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...     

An optical sensing system for seam tracking and weld pool control in gas metal arc welding of steel pipe

A visual sensing system was developed for automatic gas metal arc welding (GMAW) of the root pass of steel pipe. The system consisted of a vision sensor that consisted of a charge-coupled device (CCD) camera and lenses, a frame grabber, image processing algorithms, and a computer controller. A specially designed five-axis manipulator was used to position the welding torch and to provide the vision sensor with automatic access to view the welding position. During the root pass welding, an image of the weld pool and its vicinity was captured using the camera without interference of the intensive arc light by viewing at the instance of a short-circuit of the welding power. The captured image was then processed to recognize the weld pool shape. For seam tracking, the manipulator was used to adjust the torch position based upon the pool image to the groove center. The measured gap size was used to determine the appropriate welding conditions to obtain sound penetration. The welding speed was chosen using fuzzy logic with the knowledge of a skilled welder and measured gap. The automatic welding equipment demonstrated that both welding conditions and torch position could be appropriately controlled to obtain a sound weldment and a good seam tracking capability.     

光切法视觉检测的焊缝坡口中心定位方法

焊缝坡口成像质量和焊缝中心定位是实时焊缝跟踪系统的关键问题,针对氩弧焊接时坡口的视觉焊缝跟踪过程中强弧光干扰等问题,设计了基于高亮单色激光结合窄带滤镜的光切法坡口成像系统,分析焊缝图像特征,提出一种基于直线Hough变换的坡口中心快速定位方法,实际应用结果表明,该系统算法简单并满足实时性要求。