一种用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器

针对目前机械式电弧传感器普遍存在的易磨损、噪声大且稳定性差等问题,提出了将磁场控制电弧的技术应用于焊缝跟踪;设计了磁控电弧传感器,对其基本原理进行了详细阐述,并依据电磁场理论和磁控电弧规律分析了相关影响参数.对通过霍尔传感器获取的焊接电流信号采用了巴特沃思滤波器硬件滤波和小波分析的电流信号软件处理相结合的信号处理方法,对磁控摆动电弧、未加磁场电弧和机械旋转电弧三种情况下的实测电流信号进行了分析比较,应用有效区间双重去极值积分比较法提取实际焊缝坡口的偏差信息.结果表明,磁控电弧传感器用于焊缝跟踪正确可行,跟踪效果好,为目前对焊缝跟踪技术的研究提供了新的方向.     

基于旋转电弧传感的焊缝偏差信息提取方法

介绍了旋转电弧传感器焊缝偏差信息提取的基本原理.为减小熔池扰动对焊接电流的影响,提出了"四分圆周采样法",并分析了这种采样方法的实现过程;提出一种新的CO2焊接电流信号处理方法——"双模拟滤波+指数平滑数字滤波".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.结果表明,基于"四分圆周采样法"和"双模拟滤波+指数平滑数字滤波"的焊缝偏差信息提取方法的焊缝偏差计算结果可以用于焊缝跟踪.     

一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法

薄板搭接的焊缝自动跟踪一直以来都是焊接领域的一个难点,针对其特点提出了一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法,该方法是采用外加横向交变磁场来控制焊接电弧左右摆动扫描搭接坡口并通过检测焊接电流的变化规律来检测焊缝的偏差信号.分别采用双级二阶巴特沃思硬件滤波和小波滤波软件处理,并进行相关对比,最终选定小波阈值降噪滤波处理方法.针对薄板搭接特点和磁控电弧摆动规律,提出了一种基于中点均分面积积分单边比较法和焊枪控制法相结合的焊缝偏差控制方法.通过实际的焊缝跟踪试验表明,这种磁控电弧焊缝自动跟踪方法在薄板搭接上具有独特的优势.     

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。     

磁控电弧焊缝跟踪传感器的有限元分析

为了研究磁控电弧焊缝跟踪传感器的电磁特性,采用ANSYS软件对传感器进行了谐波磁场分析,当线圈匝数、空气隙长度、铁心磁导率等因素分别发生改变时,得出了磁控电弧焊缝跟踪传感器的磁力线分布和磁场矢量图;分析了电弧传感器主要参数对磁场分布和磁感应强度大小的影响规律,并与采用高斯计测得的实际磁感应强度进行了对比.结果表明,采用有限元方法对磁控电弧传感器的电磁特性的分析结果与试验结果吻合,为磁控电弧焊缝跟踪技术提供了基本的理论指导.     

磁控电弧传感器在细丝埋弧焊焊缝跟踪中的研究

为了实现细丝埋弧焊焊缝自动跟踪,针对目前研究较多的机械式电弧传感器存在的机械结构复杂、体积大、噪声大、磨损大等诸多问题,设计制作了一种新型的磁控电弧传感器.通过对磁控电弧机理的研究.把外加磁场对焊接电弧的控制技术和摆动电弧传感器技术有机地结合起来,并将其应用于细丝埋弧焊智能焊缝跟踪领域,建立了相关的数学模型,得到了与数学模型相匹配的实际数据,证明了磁控电弧传感器应用于焊缝跟踪的可行性,为磁控电弧扫描埋弧焊焊缝跟踪的实现提供了理论和实验依据,为电弧传感器焊缝自动跟踪的研究开创了新的方向.     

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.     

基于经验小波变换的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析

针对磁控埋弧焊跟踪信号非线性,不平稳及常用滤波方法难以滤除其相近低频干扰信号的缺点,提出一种基于经验小波变换（EWT）的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析方法.该方法继承了EMD分解与小波变换各自的优点,分解出电弧跟踪信号的固有模态,在频域自适应地构造带通滤波器组从而构造正交小波函数,提取具有紧支撑傅立叶频谱的调幅-调频（AM-FM）成分.将此方法用于埋弧焊磁控电弧传感器焊缝跟踪平台信号分析中,提取出了更精确的焊缝跟踪信号,并通过试验验证了此方法的有效性及精确性.同时分析了相近低频噪声的信息,为进一步的信号处理及跟踪系统的优化提供了理论依据.     

旋转电弧传感器焊枪偏差信息识别方法

焊枪偏差信息识别是实现焊缝跟踪的必要条件,考虑到焊接电流信号易受外界噪声的干扰,采用软阈值小波滤波方法对旋转电弧传感器采集到的电流信号进行滤波处理,使电流波形得到了明显的改善,提高了电流信号的信噪比.为了更加准确地得到焊枪偏离焊缝的信息,提出了模糊聚类和神经网络焊枪偏差识别算法,并且分别采用左右积分法、特征谐波法、模糊聚类法和神经网络法进行焊枪偏差识别,最后对四种识别方法检测到的偏差进行融合,获得焊枪偏离焊缝的信息.结果表明,该方法可以提高偏差识别的精确度和可靠性.     

基于涡流式焊缝跟踪传感器的角焊缝焊接

介绍了涡流传感器的原理,选用差动式涡流传感器检测偏差信息,通过最小二乘法拟合得到传感器的线性曲线.信号的处理采用硬件滤波加软件滤波方法,采用门限区加比例控制的方法对焊缝进行跟踪.经实验证明,涡流传感器用于焊缝自动跟踪可行,跟踪效果好.     

一种基于图像质心的焊缝跟踪新方法

研究一种基于图像质心识别的电弧焊焊缝跟踪新方法。通过视觉传感器获取焊接区熔池图像，抽取图像质心坐标并构成状态向量，建立一种基于图像质心的状态方程和位置测量方程。在此基础上，应用卡尔曼滤波对图像质心位置进行状态估计，在时域中采取递推计算的方式得到最小均方差条件下的焊缝位置最佳预测值．从而消除过程噪声和测量噪声引起的焊缝位置测量偏差。计算机仿真和实际焊接试验结果显示该方法可有效地提高焊缝跟踪精度。     

基于旋转电弧传感器的角焊缝跟踪

为了提高基于旋转电弧传感机器人跟踪角焊缝的准确度,解决基于水平滑块伸缩跟踪焊缝时水平滑块行程不够的问题. 通过组合滤波方法,可以滤除焊接电流中的大部分噪声. 利用最小二乘直线去拟合某些采样点,用拟合直线的斜率进行偏差识别. 以偏差和最近三次偏差之和作为模糊控制器的输入量,经过模糊化,模糊推理,单点集重心法使模糊量清晰化,完成了模糊控制器的设计. 再通过两轮差速运动跟踪角焊缝. 最后进行了角焊缝的跟踪. 结果表明,利用该方法,解决了跟踪焊缝时水平滑块行程不够的问题,基于旋转电弧传感机器人跟踪角焊缝的可靠性好,准确度高.     

旋转电弧传感器特征谐波法的改进

利用特征谐波检测法进行焊缝偏差的检测是旋转电弧传感器焊缝偏差检测方法之一.通过在焊接倾角存在情况下对特征谐波法的数学分析和模拟仿真,深入探讨了特征谐波中焊缝偏差、焊缝倾角和初始相位、跟踪调整的相位角的关系,对特征谐波方法进行了改进,证明了特征谐波方法结果中的实部和虚部可以分别用来对焊缝偏差和焊枪倾角检测.并且在只对焊缝偏差检测情况下,采用特征谐波方法结果中的实部表征特征量比采用其幅值效果好.结果表明,这种方法对偏差检测的效果比传统的特征谐波方法抗干扰能力更强.     

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.     

旋转电弧机器人V形坡口焊缝跟踪模型与仿真

通过建立旋转电弧传感器扫描V形坡口焊缝时焊枪空间姿态数学模型,提取焊枪三维信息,根据V形坡口焊缝特点,推导出焊枪纠正偏差后ABB机器人的工具坐标系相对于基坐标系的变换矩阵,结合机器人逆运动学,建立了ABB机器人对V形坡口焊缝跟踪纠偏的数学模型,并针对该模型的求解提出了一种渐进粒子群优化算法,利用LABVIEW并结合该算法对该模型进行仿真分析,得出了左右、高低跟踪偏差. 结果表明,模型具有准确性、有效性以及该算法的高效性,为旋转电弧传感器与ABB机器人相结合对V形坡口焊缝进行自动焊接提供了理论依据.     

多新息理论优化卡尔曼滤波焊缝在线识别

针对间隙小于0.05 mm的低碳钢对接焊缝,用磁光传感方法获取焊缝位置信息,研究多新息理论优化卡尔曼滤波在焊缝识别及跟踪中的应用.在获取磁光图像及提取焊缝位置的过程中存在较多干扰,而传统卡尔曼滤波受噪声的影响较大,难以对焊缝偏差进行最优估计.为此,结合多新息理论,提出一种焊缝位置检测的卡尔曼滤波改进算法,在对当前时刻进行预测时,充分考虑之前多个时刻的运动状态,综合历史数据估计出焊缝位置信息,对不同新息值进行试验比较并考虑计算量和滤波精度,发现选用两个新息值优化卡尔曼滤波算法可得到较好的效果.结果表明,多信息理论优化卡尔曼滤波算法可有效提高焊缝位置检测精度.     

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。     

微间隙焊缝磁光成像NN-KF跟踪算法分析

针对紧密对接微间隙焊缝,分析基于磁光成像的神经网络补偿卡尔曼滤波（kalman filtering compensated by neural network,NN-KF）跟踪算法,建立焊缝位置测量模型并运用卡尔曼滤波对焊缝位置偏差进行最优预测.卡尔曼滤波进行最优估计需建立准确的系统模型和观测模型,而在焊缝跟踪过程中,系统噪声具有非先验性.对于针对测量模型误差、过程噪声和测量噪声对卡尔曼滤波结果的影响,运用反向传播（back propagation,BP）神经网络对卡尔曼滤波结果进行修正,补偿模型误差及噪声统计不确定性造成的滤波误差.结果表明,BP神经网络补偿卡尔曼滤波算法能有效抑制滤波发散,减小噪声干扰影响,提高焊缝跟踪精度.     

一种用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器

针对纵向磁场作用下的电弧难提取焊缝信息的问题,设计一种由3个纵向分布磁感线圈组成的‘山’形分布纵向磁场传感器. 利用COMSOL软件模拟非对称纵向磁场作用电弧形态. 取焊接过程电弧电压分布对应的磁感应强度作为焊缝识别试验的磁感应强度. 用高速摄影仪拍摄非对称纵向磁场作用下的电弧运动轨迹,并与新型传感器设计的电弧运动轨迹进行比较,验证纵向磁场传感器产生非对称纵向磁场的电弧形态变化. 结果表明,非对称纵向磁场能控制电弧进行焊缝识别,并能解决窄间隙焊接过程中的咬边和侧壁不融合. 该方法为磁控焊缝跟踪传感器在窄间隙焊接的应用开辟了新的方向.