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.     

应用于焊接机器人的莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统

针对焊接机器人对焊缝传感器实时性的要求,提出并设计了莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统,系统由LD、光栅、CCD、视频A/D、FPGA、DSP、输出接口等组成.介绍了基于数字信号处理器(DSP]和现场可编程阵列(FPGA)的高速实时图像处理电路的原理和硬件组成,给出了三维焊缝轮廓图像测量结果.     

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%。     

搭接焊缝的视觉传感图像预处理及信息提取

对基于结构光视觉传感的搭接焊缝的图像预处理及信息提取进行了研究.CCD摄像机采集到的焊缝图像,经过低通滤波、阈值变换、拉普拉斯锐化、细化一系列图像预处理后,准确提取了焊缝激光条纹信息,运用搜索法检测焊缝位置.根据搭接焊缝偏中距离和焊缝高度的计算方法提取信息,实现焊缝的自动跟踪.     

基于结构光视觉传感的V形焊缝信息提取

对基于结构光视觉传感的V形焊缝的图像预处理及信息提取进行了研究.CCD摄像机采集到的焊缝图像,经过阈值变换、中值滤波、拉普拉斯锐化、细化等一系列图像预处理后,准确提取了焊缝激光条纹信息,运用斜率分析的方法检测焊缝位置.根据V形焊缝偏中距离、焊缝宽度和焊缝高度的计算方法提取信息,实现焊缝的自动跟踪.     

基于主动视觉的焊缝成形尺寸测量和缺陷识别研究

为了实现焊缝成形质量的在线检测,建立了一个基于主动视觉的焊后焊缝成形质量检测系统,同时对整个系统最重要的部分-图像处理进行了深入探讨。在图像处理过程中,首先进行图像预处理;在特征提取部分,用质心法提取结构光中心线;然后用RANSAC算法来拟合焊接母材;用面积法来提取结构光中心线上的特征点。最后得到焊缝成形的几何参数,还可以利用视觉检测系统得到的三维信息进行焊缝三维形貌重建。试验结果表明,该焊缝成形质量检测系统的图像处理方法可靠性高、鲁棒性强、运算速度快。     

一种焊缝结构光图像处理与特征提取方法

提出了一种焊缝结构光图像处理与特征提取方法,有效克服了焊缝结构光图像中的反光等干扰,准确提取图像中焊缝位置特征.对于激光条纹中心线的提取,采用基于图像列方向像素灰度分布的曲线峰值提取方法,并利用激光条纹位置在时间和图像空间上的连续性和相关性,进行判断提取.对于焊缝图像特征的提取,根据沟槽类焊缝图像形状特点,选择焊缝沟槽图形中心作为图像特征.焊缝图像处理与焊缝跟踪试验结果证明了该方法的有效性和可靠性.     

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.     

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。     

基于图像分析的金属材料热膨胀系数测量方法

采用理论推导和测量验证相结合的方式,以莫尔条纹理论为基础,推导出金属材料热膨胀系数与莫尔条纹的等差条纹斜率、金属材料受热膨胀温度变化量这三者的函数关系。借助于图像分析技术,通过将采集到的贴附于待测金属铜薄片上的光栅变化图像进行图像优化、图像差频信息处理和图像数据计算三层操作处理,并以莫尔条纹的等差条纹斜率、金属材料受热膨胀温度变化量为基础参数,最终获得在某一温度变化范围内金属铜材料的应变量、热膨胀系数的大小。研究成果不仅可将金属铜材料的热膨胀系数予以实时处理和智能化测量,还可在一定程度上改善以往测量方法限制所导致的测量结果不够精确、测量误差较大的问题。     

焊接瞬态热应变的云纹测试

本文叙述了采用云纹测试技术研究焊接瞬态高温应变过程的特点,如金属的耐高温反射式试件栅线的制备,焊接过程动态热应变信思的记录、云纹图像的数据处理等。用所研制成功的云纹法测定了薄板点加热的应变过程,并与数值分析结果进行了对比和讨论。     

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。     

塞拉门焊缝视觉跟踪图像处理技术

根据塞拉门框焊点多而短、焊接质量要求高的特点,提出一种机器人间断式弧焊视觉跟踪系统,综合运用灰度变换等方法,建立基于普通光源的视觉跟踪移动窗口图像处理体系,克服传统图像分割方法易受到工件上刀痕亮斑和暗影等噪声干扰的不足,在采集图像中移动与焊缝具有相同形状和大小的窗口,以窗口中所有像素灰度平均值最小窗口作为焊缝当前位置,能有效的滤除刀痕亮斑和暗影噪声.通过焊缝当前位置与标准位置比较,可直接计算出焊缝位置偏差.结果表明,移动窗口焊缝图像处理体系具有很强的适应性和抗干扰能力,能满足实时跟踪要求.     

基于被动视觉的焊接过程多信息检测系统

针对焊接过程控制的要求,提出了一种基于被动视觉的焊接过程多信息检测系统,系统由工业CCD摄像机、窄带光学滤光片、计算机系统等组成,窄带滤光片以弧光较弱的950 nm为中心波长,以减少焊接过程中弧光的干扰,获得清晰的焊接图像.在焊接过程中,系统通过视觉信息对焊缝、电弧、熔池和焊丝等进行实时检测,提取电弧摆动的中心位置偏差、幅度偏差和角度偏差等多个特征参数,以此对焊枪进行控制,使得电弧的摆动中心和焊缝中心一致,摆动平面和焊缝中心垂直,摆动幅度和焊缝宽度相适应,避免了焊接过程的夹渣和未熔透等缺陷,保证了良好的焊后成形质量.     

焊接视觉图像质心算法及其特性

从焊接视觉图像质心计算公式出发,根据图像灰度与视觉传感器响应电压值的关系、响应电压值与检测部位的发射率及光谱辐射强度等关系,由熔池特性,推导并建立了焊接视觉图像质心与焊接区各点温度间关系模型.通过焊接温度场的数值化,得到图像质心与焊缝中心关系模型的数值解及关系曲线,证明了视觉图像质心与焊缝中心存在相关性,为基于图像质心的焊缝跟踪算法提供理论依据.分析了质心算法的特性,为进一步研究实时焊接图像的质心及算法打下理论基础.     

基于Gauss小波的焊缝检测技术

在小波边沿检测技术的基础上 ,提出了一种基于Gauss小波的焊缝检测的新技术。由于Gauss小波在时域和频域都具有很好的局部性 ,很适合于检测信号的局部形态。文章主要涉及到焊缝图像信号的预处理、Gauss小波函数及其在焊缝检测中的应用、检测结果的相关分析等。小波尺度对变换结果有很大的影响 ,文章对此进行了分析和比较。仿真结果表明 ,该方法检测精度高 ,抗干扰性能好 ,计算复杂度小 ,可靠性高 ,可以应用到实时控制中去     

轮式机器人折线焊缝跟踪协调控制方法

研究了以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对折线焊缝进行跟踪的协调控制方法.设计了自适应模糊控制器对十字滑块和车轮进行协调控制,通过控制机器人移动对焊缝进行粗略跟踪,同时调整十字滑块带动焊枪对焊缝进行精确跟踪.为了使机器人的移动方向与焊缝走向一致,采用Sugeno型模糊逻辑系统作为滤波器对机器人本体的方位角偏差进行滤波处理,使机器人本体在跟踪焊缝的直线段时做直线运动,在跟踪焊缝的曲线段时做转弯运动.结果表明,该算法能够成功应用于最大为60°的折线焊缝和Z形焊缝的自动跟踪焊接.     

激光预扫描技术在曲焊缝跟踪中的应用

传统焊缝跟踪中的结构光技术在跟踪变曲率曲线时存在很大的导前误差,为此提出一种双线预扫描结构光技术。焊接前按照机器人轨迹规划路线预扫描,扫描时在焊枪枪尖下方增加一条激光线,用于指示导前误差并按时间序列记录下来,再在正式焊接时消除。建立了这项技术的焊缝跟踪系统和跟踪运动模型。提出了图像处理体系,综合运用中值滤波、阈值变换、细化变换与分段直线拟合等多种图像处理技术,准确地定位焊缝中心。结果表明,该技术结合焊缝图像处理体系具有很强的抗干扰能力,误差小、处理速度快,能满足实时跟踪要求。     

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.     

压力容器C、D类焊缝接头形式及施焊工艺分析

压力容器设备中法兰与筒体、法兰与接管连接处的C类焊缝和封头端部、筒上马鞍形的D类焊缝是最为不规则的且施焊工艺最为复杂的焊缝.着重讨论C、D类焊缝的T形接头形式和角接接头形式的焊接工艺,尤其是对施焊难度高的D类焊缝的接头坡口形式、优缺点以适用场合进行了分析.通过分析得出其合理的T型接头形式和施焊方法,为压力容器中此类焊缝的焊接提供参考作用.