基于薄板搭接的摆动式相邻电容焊缝跟踪传感器

针对薄板搭接自动焊缝跟踪目前存在的不足以及电容传感器边缘效应的特点,设计出一种应用于薄板搭接的摆动式相邻电容传感器. 首先建立了相邻电容传感器以及该传感器扫描焊缝坡口的数学模型,其次采用Matlab软件对模型进行了仿真分析,并通过试验验证了该模型的正确性及有效性. 最后搭建了跟踪试验平台进行了跟踪试验. 结果表明,采用摆动式相邻电容传感器能够实现薄板搭接焊缝的跟踪,这为薄板焊缝自动跟踪提供了一种新的技术.     

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Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法

为提高磁控电弧焊缝自动跟踪系统的稳定性与跟踪精度,引入拉丁超立方取样试验设计方法和Kriging代理模型技术,建立磁控电弧传感器的参数（励磁频率、励磁电流、磁极间隙、线圈匝数）预测模型;分析磁控电弧传感器的主要参数对焊缝跟踪信号的影响规律及其在焊接过程中的稳定性;选取传感器参数的优化设计点,试验验证磁控电弧传感器参数优化的可靠性.结果表明,优化后的焊缝跟踪传感信号波形明显,且干扰少,由于提高了信号的信噪比,从根本上提高了焊缝跟踪的准确性和稳定性.     

一种用于焊缝跟踪的电容式传感器

在研究传感器与工件之间距离变化感应出电流、电压的变化规律以及信号采集与处理方法的基础上,提出了一种用于焊缝跟踪系统的新型电极结构的单片式电容传感器,并研制出一种焊缝跟踪系统.在考虑温度影响的前提下,跟踪系统采用差动式测量方法实时提取出焊枪相对焊缝坡口中心的偏差信息,并通过控制执行机构进行纠偏调节,从而实现焊缝跟踪.结果表明,电容式传感器结构简单,分辨率高,工作可靠,非接触测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作,可实现复杂轨迹角焊缝的焊缝跟踪,为目前对焊缝跟踪技术的研究提供了新的方向.     

电容电感复合桥式焊缝跟踪传感器

针对平板对接焊的错边问题,提出了一种组合电容和电感复合桥式焊缝自动跟踪方法,并设计了传感器的结构.这种复合桥式焊缝跟踪传感器利用电容对极板间距变化的灵敏检测和电感对边缘变化的灵敏检测,可以确定焊枪横向和纵向的位置关系.具有非接触、灵敏度高、抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠的特点,并能在一定程度上克服平板对接焊的错边问题.最后,自行搭建了简单的平台进行了焊缝跟踪试验,效果良好,为焊缝自动跟踪技术提供了新的方法.     

焊接学会第Ⅻ委1988年专业学术会议部分论文摘要(三)

微机控制熔化极脉冲窄间隙焊缝自动跟踪系统从窄间隙焊的实际出发,设计了一种以坡口棱边为依据的新型跟踪传感器——光电数字传感器,该传感器能直接以数字形式给出偏移量的大小,且体积小、抗干扰能力强,并以单板计算机为主体组成控制系统,有效地实现了对焊缝的跟踪. (西北工业大学陆依成等) 高频脉冲TIG辉电弧阳极行为的研究对高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程进行了测定及研究,并建立了数学模型。还利用自制的微压测试装置,研究了高频脉冲TIG焊电弧阳极轴向压力的分布,建立了数学     

基于VC的旋转电弧窄间隙MAG焊多信息融合焊缝跟踪系统

针对窄间隙旋转电弧MAG焊焊缝跟踪的需要以及单一传感器的不足,采用Visual C++开发了基于电弧传感和视觉传感的多信息融合焊缝跟踪系统。电弧传感采用NIPCI-6251数据采集卡、电流/电压传感器、电弧位置传感器结合NI的measurement studio软件,实现了对每个电弧旋转周期内电弧信号的获取,进而实现积分法、极值法、粗糙集等电弧传感方法。视觉传感利用图像采集卡、电弧位置传感器和CCD摄像机,获取电弧旋转到左右坡口侧时的焊接图像,实现焊缝偏差的检测。而焊缝跟踪是综合电弧传感焊缝偏差和视觉传感焊缝偏差的基础上进行焊缝纠偏。为提高系统运行效率,采用多线程方法实现电弧传感、视觉传感的同步采集和技术;利用CTimer控件实现焊缝偏差的多信息融合分析、显示和记录。系统的构建为进一步的多信息融合控制、焊接质量控制奠定基础。     

基于响应面法的埋弧焊磁控传感器参数优化

为解决磁控埋弧焊传感器焊缝跟踪信号不稳定性、成形质量差等问题,采用BBD(Box-Behnken design)设计试验方案,基于响应面法建立了的埋弧焊焊缝自动跟踪磁控传感器参数(励磁频率、励磁电流、磁极高度、焊接电流)与预测响应值(焊缝跟踪信号、熔宽)的数学模型,并检验数学模型在试验点上的拟合情况,以能够根据跟踪信号质量和焊缝成形的要求优选传感器参数. 并通过优化传感器参数来预测埋弧焊焊缝跟踪信号质量以及焊缝的熔宽,实现跟踪信号与焊缝成形的最佳组合,以提高磁控埋弧焊的焊缝跟踪精度及焊接质量.     

管道窄间隙摆动MAG焊电弧信号偏差提取算法

由于窄坡口焊缝焊接时电弧信号受到电弧偏垂的影响,普通的焊缝偏差提取方法已不适用。所以,在结合普通V形坡口摆动电弧跟踪偏差提取的电流积分差值法的基础上,提出了一种窄间隙焊缝偏差提取算法,并获得了焊接电流信号积分差值△S与焊缝偏差值e之间的关系。为了验证偏差提取算法的精确性,进行了窄间隙坡口焊接试验,将理论计算的焊缝偏差与实际偏差进行了对比,证明了该管道窄间隙焊接电弧信号偏差提取算法的可靠性。     

一种用于薄版对接的电容式焊缝跟踪传感器

针对薄板对接难以实现焊缝跟踪的问题,提出了一种新型电容式焊缝跟踪传感器,设计了几种复杂形状(环形、方形及矩形)的电容极板,建立电容式传感器的数学模型,分析得到影响电容式传感器输出特性的四大主要因素,通过Ansoft仿真得出传感器输出特性曲线。在对接焊缝跟踪系统测试平台上,试验分析了不同形状极板、结构参数及介质下的传感器输出特性,与仿真结果一致,据此优选确定了传感器参数。最后,对不同高度偏差、复合偏差下的电容输出特性进行信号分析,提取高低偏差信号与电容输出值的拟合函数关系,引入希尔排序策略实现焊缝左右对中,为薄板对接的焊接自动化提供了新的研究思路。     

基于变面积式双涡流传感器的焊缝跟踪系统

针对薄板对接接头错边问题以及搭接接头难以实现焊缝跟踪问题,提出了一种基于变面积式双涡流传感器的焊缝跟踪方法.将两变面积式涡流传感器置于焊缝的一侧,通过双传感器分别检测高低和左右的位置信息,相互补偿得到独立的偏差信号以实现焊缝跟踪.分析了变面积式涡流传感器的原理,利用响应面法拟合响应曲面,进行变量分离,得到了输出电压信号与面积的关系式.最后,搭建简易平台进行了薄板对接及搭接的焊缝跟踪试验.结果表明,双涡流传感器焊缝跟踪方法具有可行性与正确性,为自动焊缝跟踪技术研究提供了新的研究方向.     

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。     

Seam tracking based on estimation of weld position using Kalman filtering

Abstract

A seam tracking method is presented based on the estimation of weld position during the gas tungsten arc welding process. Kalman filtering of the weld pool images from a visual sensor is applied to compute recursively the solution to the weld position equations which are established based on an estimation of the centroid position of the weld pool images. This centroid, the position of which corresponds with the weld position, is extracted as the measurement eigenvector. The evolution of the weld position data from the weld pool images can be described through an appropriate process model, so that the weld position can be detected by applying a Kalman filter. This allows adjustment of the welding torch position in real time, which may significantly reduce processing time and promote seam tracking accuracy. Simulations and actual welding experiments have demonstrated the effectiveness of the proposed algorithm in the presence of weld pool image noise and have demonstrated the robustness of weld position detection for seam tracking.     

棱形管与法兰角焊缝图像处理及特征提取

由于棱形管与法兰角焊缝的位置多变,且实际生产中棱形管端面加工精度不高,自动化焊接程度低,文中搭建了一套棱形管与法兰环焊缝的自动化焊接系统,对于提高棱形管与法兰焊接的自动化程度有较大的应用价值。该系统通过CMOS相机和单条纹激光组成激光视觉传感器,获取角焊缝位置和间隙信息。针对采集的图像及工件特征,设计了适合的图像处理算法,首先采用了灰度变换、均值滤波和形态学处理的方法对图像进行预处理,然后根据对激光条纹图像灰度值分析结果,寻找合适的阈值,并采用极值法提取光条中心点,最后采用霍夫变换拟合直线,提取出角焊缝位置信息,并提出激光条纹端点搜索方法,提取出了角焊缝间隙大小。结果表明,该图像处理方案效果较好,抗干扰能力较强,可以准确的提取出焊缝中心位置和间隙大小,满足焊接机器人对焊缝跟踪的要求以实现自动化焊接。 创新点： (1)设计出适用于棱形管与法兰角焊缝的自动化焊接系统。 (2)设计了适用于该系统的焊缝中心位置提取算法。 (3)设计了角焊缝间隙提取算法。     

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.     

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。