焊接可视化技术的发展与研究现状北大核心

焊接可视化过程由视觉检测、信息处理和智能控制三部分组成。概述了与不同检测信号对应的图像检测法、红外热像法、基于焊缝缺陷成像的无损检测可视化及基于熔池振荡的可视化测量等方法,并从不同角度对主动视觉法与被动视觉法的优缺点进行了对比。介绍了信息处理软件的系统开发方法,以及图像处理技术在焊接可视化中的应用现状。叙述了可视化过程的智能控制所涉及的控制方法。针对焊接可视化技术的未来发展给出了积极的预期和展望。     

可视化焊接的发展

焊接是一个复杂的瞬变过程,可视化有助于全面深入地认识其内在机制.可视化的涵义应包括三个方面:焊接建模仿真与虚拟现实,焊接过程视觉传感与智能控制,焊缝缺陷成像与无损检测.可视化之目的在于为以下三方面提供依据:焊接材料、焊接工艺和焊接结构的优化设计,焊接过程的实时控制,焊接结构的健康评价.简要综述了可视化焊接技术的研究开发和拓展应用.     

焊接熔池动态过程传感与控制系统的研究现状

实现焊接过程的智能化控制是未来焊接技术的发展趋势之一,因此开展熔池实时传感与控制系统的研究,具有重要的理论及实际意义.简要介绍了国内外熔池动态过程传感与控制方法的研究现状,分析了各种传感与控制方法的原理及特点,指出视觉传感法是目前最重要的熔池实时传感与检测方法,而焊接过程质量控制正在由经典控制理论向智能控制理论方向发展,并指明将模糊控制、人工神经网络和专家系统三者结合起来,形成综合的新型智能控制系统,是焊接过程智能控制理论发展的方向.     

机器视觉型焊缝跟踪技术

介绍了焊缝跟踪技术的研究现状,分析了用于焊缝检测的传感器工作原理及其优缺点,重点论述了基于机器视觉的焊缝跟踪系统的硬件组成和图像处理的工作流程.同时对多种控制算法(经典控制和智能控制)和焊缝边缘检测技术(基于形态学和遗传算法的边缘检测等)进行了分析,研究了机器视觉目前在焊接应用中存在的问题及解决思路,并对基于机器视觉的焊缝跟踪技术进行了展望.     

药芯焊丝水下湿法焊接过程实时检测与控制技术

实现焊接过程的自动化、智能化是水下焊接技术的发展趋势,而首要的问题就是焊接过程的传感检测和控制技术.水下湿法焊接环境复杂,水介质与空气介质物理特征的差异决定了焊接过程完全不同的特点.介绍了基于药芯焊丝的水下湿法焊接过程检测与控制技术发展现状.根据传感检测信号的类型,主要检测方式可以分为视觉信号、电信号、热信号和声信号等...     

基于视觉的焊枪空间位姿实时检测技术

在空间位置的金属结构件的焊接制造过程中,焊枪相对于工件待焊点的空间位置和姿态直接影响焊缝成形质量。本研究简要分析计算机视觉在焊接领域的主要研究和应用,对目前焊枪空间位姿检测和控制方法的研究进展进行归纳总结,探讨了各种方法的技术特征和应用优缺点。在此基础上,介绍了两种基于激光结构光组合的视觉传感器,能够实现焊接过程中的焊接坡口尺寸检测、焊缝跟踪及焊枪空间位姿检测等多种功能的集成。最后,指出基于Vcsel的3D视觉传感器的优势,在焊接过程视觉传感中具有良好的研究和应用前景。     

焊接机器人轨迹跟踪研究现状

各类传感器和智能控制方法极大促进了机器人在焊缝跟踪中的应用,不仅提高了焊缝跟踪的精度,同时提高了焊接效率和保证了焊接质量。简述了机器人焊缝跟踪系统的结构,详述了焊缝跟踪过程中各类传感器的工作原理及其特点;阐述了图像处理技术在机器人焊缝轨迹跟踪过程中的研究进展,并对图像的预处理、图像分割与边缘检测和特征提取等研究方法进行了分析。最后,总结了智能控制方法在焊缝跟踪中研究进展及不同形状的焊缝跟踪情况。     

焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究进展

展示了上海交通大学机器人焊接智能化技术实验室近十年来关于电弧焊动态过程以及机器人焊接系统中的若干智能科学问题与智能化技术应用方向的研究工作进展,包括电弧焊过程的多信息传感技术,例如熔池信息的视觉特征,焊接电压、电流、声音及光谱特征提取;基于多信息融合算法的焊接熔透状态预测;焊接动态过程的智能化建模;焊接动态过程的智能控制方法;机器人焊接的智能化技术,例如机器人焊接过程中的焊缝导引及跟踪技术,焊接熔池和熔透状态的智能化控制;特殊环境下的自主焊接机器人系统的发展等.提出“智能化焊接制造技术——IWMT”及“智能化焊接制造工程——WIME”的概念,以期推动智能化科学技术在现代焊接制造业中的系统性研究与运用.期望展示的智能化焊接研究结果为现代焊接智能制造技术发展抛砖引玉.     

视觉传感及图像处理技术在焊接控制中的应用

本文针对视觉传感的焊接控制系统,介绍了视觉传感器的发展现状,简要说明了被动视觉法和主动视觉法两种信息采集技术,讨论了滤波去噪、图像分割、边缘检测和特征分析等多种处理方法,研究分析了视觉传感及图像处理技术在焊缝跟踪和焊接成形控制中的应用,并对其在现代焊接技术中的发展前景做了论述。     

基于线结构光的型钢自动焊接位置检测技术

摘要： 针对现有H型钢现场焊接过程中多为人工焊接、劳动强度大、操作环境恶劣且人工测量随意性大等问题,提出了一种基于视觉与图像处理的型钢自动焊接位置检测技术。该技术主要基于线结构光测量法来实现对型钢轮廓的检测从而确定焊接位置,利用激光线的位置确定焊缝位置,结合焊接机器人达到自动焊接的目的。先利用张正友标定法获得相机内参数和畸变系数,再通过最小二乘法拟合激光平面的方法实现激光平面的标定,结合两者实现整个测量系统的标定,然后基于OpenCV编程接口实现图像处理,最后利用ABB机器人工具坐标系对该测量方法的检测精度进行评价。针对检测点深度方向坐标误差较大问题提出一种误差拟合方法,应用此方法进行多种型号H型钢测量试验。试验结果表明,采用上述方法标定后的线结构光视觉测量系统测量误差小于1 mm,达到了较高的标定精度,明显降低了坐标误差,能够满足焊接使用要求。 创新点： 利用标准量块提出一种误差拟合方法,可有效降低坐标误差。     

基于激光结构光的视觉传感器的图像处理技术研究应用及展望

基于激光结构光的视觉传感技术是目前实现焊接过程自动化和智能化的主流传感技术。简要介绍了基于激光结构光的不同类型的视觉传感器及其在焊接领域的典型应用。针对图像处理过程中的图像预处理、激光中心线提取、特征点识别这3个阶段,分别详述了每个阶段的传统图像处理算法,并针对一些焊接领域应用的典型场景,举例说明了更具特色的图像处理算法及其应用所获得的图像处理效果,包括检测精度和实时性。最后,对基于激光结构光的视觉传感技术在焊接领域的进一步研究和应用以及未来的发展方向进行了展望。     

基于CoDeSys的可重构的焊接自动化控制器

针对焊接过程对焊接工装运动控制平台和等离子焊接电源智能控制的要求,构成基于PC的开放式可重构控制器。根据开放式可重构控制系统架构的特点,控制器的设计以CoDeSys控制软件和实时工业以太网EtherCAT技术为核心,使得控制器兼具开放式、模块化、标准化、网络化。并将可重构控制器重构为包括五轴焊接工作台和变极性等离子焊接电源的智能控制器,利用控制软件设计控制器的多样化运动控制功能和对焊接电源的智能控制,设计合理的可视化操作界面。硬件执行层则通过倍福端子式总线模块搭建控制从站,完成对执行电机,串行通讯和系统扩展I/O的控制。实验证明,焊接自动化控制器能够完成工作台的单轴点动控制、多轴联动、插补运动、轨迹路径规划等功能,完成对变极性等离子焊接电源的参数设定和智能控制,并且控制器具有实时性好,运动轨迹控制精度高,焊接参数传输准确等特点。     

汽车传感器引脚焊接质量视觉检测系统研究

采用人工交互控制和计算机自动定位相结合的视觉检测方法,开发基于数字图像处理技术的车用传感器引脚焊接质量视觉检测系统。通过CCD数字图像采集系统识别出引脚焊接点的位置信息;由检测模块程序计算出目标的位置及大小,并进行引脚焊接点之间相对距离和大小是否合格的判断。结果表明:系统控制自动定位精度达到像素级,保证了检测精度,解决了目前在现场检测过程中人工操作工作量大、判断不准确以及效率低等问题。     

激光焊接过程视觉传感技术的发展现状

比较了目前激光焊接过程监测中常用的CCD和CMOS两种类型视觉传感器的性能,介绍了激光焊接过程视觉传感技术的难题及其解决方案以及常用的成像信号提取光路,综述了激光焊接过程同轴和旁轴视觉传感技术的各自特点以及国内外在这方面的研究现状.分析认为,日本在主动视觉传感技术研究方面比较先进,而德国在被动式同轴视觉传感检测的研究上处于领先地位,并且已有成型的产品推出.国内在这方面的研究已经起步,但与国外相比在系统研发上还有较大差距.目前激光焊接过程视觉传感检测技术主要用于激光焊接机理等研究工作,将其应用于实际生产是激光焊接过程视觉监测技术的研发方向.     

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.     

薄板焊接热变形的视觉检测方法研究

在焊接过程中,焊件易受热变形,降低了构件安装精度以及结构的承载能力,导致焊件不符合设计和使用要求。精确测量焊接过程中焊件的热变形具有重要的意义。针对焊接过程中焊件热变形测量的问题,结合数字图像相关方法,提出一种基于时序匹配的散斑图像视觉检测方法,提高了图像的采集质量;通过有限元仿真,验证了该方法测量焊接变形的精度较高。该方法实现了薄板焊接热变形的高精度视觉检测     

基于多信号检测的等离子弧焊接平台构建

焊接过程的准确检测是实现高效优质焊接的基础。实现等离子弧焊接过程的多信号检测对于指导等离子弧焊接工艺具有重要意义。文中搭建了基于多信号检测的等离子弧焊接平台,该等离子弧焊接平台包括等离子弧焊机和焊枪系统、机械运动机构、视觉检测系统、焊接过程监测系统、计算机控制系统等;通过视觉检测系统拍摄了等离子弧焊接电弧形态,测量出了喷嘴出口处的电弧直径与工件上表面电弧直径比值为0. 64,证实了等离子弧焊接电弧挺度高,发散程度小;通过焊接过程监测系统,拍摄了焊缝温感扫描图,在线实时监测了等离子弧焊接焊缝成形,结果表明温感扫描图可以比较准确地反映等离子弧焊接的实际焊缝成形。     

基于计算机模拟的316LN不锈钢TIG焊接工艺

基于计算机模拟技术对316LN不锈钢板的TIG焊接过程进行了热变形分析。利用红外热成像法、X射线衍射法、超声检测等方法对焊接过程中的热循环、残余应力和变形进行测量,以验证计算机模拟结果的准确性。结果表明,红外热成像法是验证焊接接头处温度分布的有效方法。温度场、残余应力以及变形的计算机模拟结果与实验结果吻合度较高。     

机器人焊接智能化技术与研究现状

自动化焊接和智能化焊接是实现高效焊接制造的重要手段.系统阐述初始焊位视觉导引与识别、焊缝跟踪、熔池视觉计算及焊接成形质量控制策略等焊接智能化领域的关键技术,特别是以视觉技术为先导的焊接路径导引与规划、视觉-电弧复合传感的空间曲线焊缝跟踪以及基于知识模型的焊接过程建模与控制策略等方面的基础研究,拓展了机器人焊接智能化技术的研究方向和应用领域.融合智能化焊接技术的最新研究成果,研制了轮足组合越障智能焊接机器人,同时还在航天、船舶和海洋重工装备等领域开展了系统集成方面的工程应用..     

第67届国际焊接学会（IIW）国际学术会议

会议主题：（1）数字化技术及其在焊接设备中的应用;（2）节能高效焊接工艺及自动化技术;（3）焊接过程的传感检测、信息处理与实时控制;（4）焊接过程的数值模拟与仿真;（5）焊接机器人的应用和焊接质量监控;（6）先进材料连接的新工艺新原理和新进展;（7）焊接工程应用软件;（8）其他相关技术。