基于共享控制策略的遥控弧焊机器人焊缝跟踪

对应用于遥控弧焊机器人的共享控制技术进行了研究,建立了遥控机器人共享控制试验系统.激光视觉传感器基于三角测量原理,根据提取焊缝的特征点,实现焊缝的自主跟踪和焊接.根据解析速率控制算法,把手控器的控制命令与激光视觉传感器的自主控制命令在人控制器中进行融合,控制焊枪的六个自由度.弧焊机器人的控制权可以在局部自主控制和直接手动控制之间进行共享和交互,实现对远端非结构环境下的焊缝跟踪.结果表明,人机共享控制焊枪,实现未知环境的避障;提高了焊缝跟踪精度;把操作者从焊缝跟踪的底层操作中解放出来,减轻操作者的工作强度.     

应用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教

提出了用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教技术.克服了基于立体视觉显示遥控示教的缺点,操作者工作强度减轻.通过激光视觉传感提取焊缝特征点作为示教点,提高了识别精度.空间鼠标作为远端焊接机器人的手控器,提高了操作的灵活性.实现了对平面曲线焊缝和复杂空间焊缝的遥控示教.结果表明,此技术可以大大减少操作者的示教时间;示教路径精确;焊接过程自动执行,避免了远程操作的时间延迟影响,对遥控焊接在实际工程的应用有较高的价值.     

焊接领域激光结构光视觉传感技术的研究及应用

为保证自动焊接的质量,提高焊缝识别的准确性和适应性,提出一种焊缝特征提取的关键点检测方法.基于卷积神经网络设计了焊缝特征提取网络,该网络通过卷积、池化操作提取焊缝特征.将来自深层的特征图进行上采样,最后将深层特征图和浅层特征图相融合,提高焊缝特征提取精度.输出焊缝图像的热力图来预测焊缝特征点位置,实现多种坡口焊缝的识别定位,且不需要非极大值抑制算法,提升了特征提取速度.采集不同的焊缝特征图像,进行网络模型训练.结果表明,焊缝特征点定位均方根误差为0.187 mm,网络模型在焊缝特征点识别任务中检测精度较高,而且适应性和泛化性较强,满足自动焊接的要求.

     

基于SolidWorks的焊接特征建模系统

焊接系统的特征建模技术是焊接机器人离线编程领域的一项关键技术,然而现有的"焊接特征建模系统"未能建立焊缝几何模型,使焊接意图不明确,不能有效地提取焊接特征.针对以上问题,在SolidWorks平台之上,采用VC 6.0作为二次开发工具,建立了一个焊接特征建模系统,完善了焊缝的几何造型功能,并能有效地提取各种焊接特征,满足了离线编程系统对工件信息的需要.     

利用“半径—深度”算法和空间投影关系的焊缝定位方法

提出了三个重要的角度来描述被测焊缝三维信息.在此基础上,构建了基于"半径-深度"算法和空间投影关系的深度恢复模型.研究了GTAW焊接条件下焊缝深度信息与离轴角之间的关系.并对焊缝特征点进行了识别与定位.并用均方误差(MSE)对恢复精度进行了比较.结果表明,利用提出的深度恢复算法,实现了对接焊缝与斜坡焊缝的深度恢复,获得了满意的结果;视觉传感器的焊缝定位精度具有高效率、高精度的特征,具有较理想的发展前景.     

三维曲线焊缝两种建模方法的比较

三维曲线焊缝建模是实现空间焊缝跟踪的关键问题之一.三维焊缝模型有利于减弱噪声干扰,提高系统的稳定性和鲁棒性,使得系统具有容错能力.采用三次参数曲线函数表示空间焊缝,使用最小二乘法建立焊缝的参数函数位置模型,接着使用三次B样条函数建立焊缝位置模型.使用位置模型和其它的特征点坐标之后得到了姿态模型中的方向矢量.分析了两种建模方法的性能,仿真试验证实在同类型和幅度的噪声干扰下,B样条函数模型优于参数曲线函数模型,能够很好地逼近原始三维曲线焊缝.     

基于逆向建模的复杂焊缝数学模型的建立方法

目前在复杂焊缝的自动化焊接中焊缝数学模型建立方法均比较复杂,针对焊缝特征模型设计一种等分离散建模算法。采用辅助测量设备测量工件上设置的点,已知曲线上两点间坐标系的旋转矩阵,由Euler定理将旋转矩阵转换为指数映射形式,通过等分旋转角,建立曲线上两点间及其它离散点处的坐标系。在Matlab环境下,对管道插接焊缝进行了建模分析。仿真结果表明采用等分离散算法建立的焊缝特征模型能达到预期的效果,且方法简单、效率高。     

激光焊接熔池质心偏差旋转变换的焊缝检测方法

针对工业实际焊接加工过程的焊缝偏差,利用IPG YLR-10000大功率光纤激光焊接设备,通过高速视觉传感器获取动态熔池红外图像序列,观察激光束偏离焊缝时熔池红外辐射的特征变化,质心位置参数能作为焊缝偏移特征测量值.通过建立图像坐标系,并采用旋转和平移坐标系方法,建立焊点偏差测量模型.试验证明用质心位置参数能体现激光束偏离焊缝的实际情况.利用回归分析方法建立焊缝实际偏差与质心位置测量偏差的红外动态视觉模型,通过分析模型的相关性参数R,确定了该建模的有效性及可行性.     

基于Bezier曲线的焊缝成形计算机仿真技术

针对车间数字化制造的应用需要,提出了一种基于Bezier曲线的焊缝成形过程的计算机仿真建模技术. 通过对电弧焊焊缝成形规律的研究,建立了焊接工艺参数与焊缝几何特征之间的映射关系,并运用B-rep法开展了电弧焊焊缝的几何特征建模技术研究,采用OpenGL技术开发了电弧焊缝成形的计算机仿真原型. 仿真结果表明文中所提出的焊缝成形过程建模技术与计算机仿真系统可有效指导焊接工艺的数字化设计.     

焊缝对激光拼焊板成形过程的数值模拟影响研究

介绍了国内外对拼焊板数值模拟时不同建模方法.通过采用ABAQUS/Explicit软件对典型件差厚拼焊板盒形件进行拉深模拟,研究了焊缝性能和形状对有限元模拟结果的影响.拼焊板有限元模型采用3种焊缝处理方式:忽略焊缝;焊缝采用壳单元;焊缝采用实体单元,焊缝形状简化为梯形,3种模型中母材都为壳单元.比较3种模型下材料流动和焊缝移动量,并且与试验进行对比,最终得出焊缝性能对模拟结果影响很小,但焊缝形状对模拟结果影响较大,考虑焊缝形状的拼焊板模型与试验能够较好地吻合.     

用于遥控焊接的焊缝特征检测算法

提出了一种焊缝特征检测算法,用来进行遥控焊接立体视觉中的立体匹配。首先使用灰度形态学中的底帽变换对图像进行预处理,突出了焊缝部分,并通过Canny算子边缘检测以及闭操作获得封闭的像素级焊缝边缘;根据焊缝边缘连续和宽度有限的特点对检测出的边缘点进行筛选,剔除其中的错误点;然后对边缘离散点进行三次平滑样条拟合获得连续、光滑的亚像素级精度的焊缝边缘特征点。最后利用检测出的特征进行焊缝特征立体匹配和三维重建试验,结果表明,文中提出的特征检测算法快捷、准确,且抗干扰能力强。     

Kalman filter of the force signal of identifying weld seam in remote teaching

For reasons of the vibration of robot, the rough surface of weld seam and electromagnetic disturbance of welding machine, the force signals of identifying weld seam become unstable. The position error of remote teaching point is too big to meet teaching requirements in remote welding. The force signals of identifying weld seam can be filtered by Kalman. The force signals of identifying weld seam of next teaching point is accurately predicted according to predicting algorithms, such as the equation of the state, the equation of the observation, the gain matrix of the filter and the covariance matrix of predicting state. The experimental results show that the precision of identifying weld seam is improved by Kalman filter.     

脉冲激光焊接的数学模型

基于金属材料熔化、汽化界面二维扩展机制建立了脉冲激光的焊接模型。该模型是将激光作用区和脉冲作用时间分离为离散单元后计算焊缝断面形状的,提出以深熔小孔中的腔内光强动态再分布机理更精确地描述焊缝断面形状。腔内光强再分布机制主要考虑腔壁菲涅耳反射。光强叠加是基于与入射角无关的相干强度叠加。每次反射后的位置单元的确定采用光线追迹法。数值模型分别算出功率P、光斑尺寸α、吸收率α（材料一定,波长变化,吸收率亦改变）等参数变化所导致的液相线断面曲线的变化,并给出作用时间变化时,断面曲线的变化规律。计算结果表明,焊缝断面形状受脉冲功率、光斑直径、脉冲作用时间影响较大,这和实际的焊接情况吻合,同时,理论结果也可解释焊缝断面曲线走向突变现象。     

可膨胀异型管焊接技术研究

膨胀波纹管是一种异型管,应用时会在水力压差作用下产生较大形变,因此焊缝应具有良好的力学性能。为了提高焊缝的性能,采用TIG焊打底,电弧焊或TIG焊盖面,单面焊接双面成形的焊接工艺,并制定了详细焊接工艺。为了满足现场平焊和仰焊的作业需求,研发了水平对管装置和垂直对管装置。为了避免焊缝缺陷对膨胀性能的影响,形成了X射线数字化成像缺陷检测技术,具有缺陷种类识别、位置提取和尺寸测量等功能,测量精度达到0.01 mm。为了进一步验证焊缝的性能,对焊缝进行了拉伸和背弯的质量评定试验,试验结果均为合格。为了验证焊缝是否满足井下应用要求,通过有限元方法,模拟焊缝在井下的膨胀状态,模拟分析得出膨胀过程中焊缝处的受力小于焊缝强度。膨胀波纹管的焊缝在室内试验和现场应用中表现出优异的性能,现场应用4口井,成功率100%。     

基于折合应力正面角焊缝T形焊接接头的尺寸设计

角焊缝接头在工程中应用广泛,由于焊缝接头应力分布不均匀,它成为结构的薄弱环节.焊缝折合应力是国际焊接学会推荐用于计算焊缝静载强度的,该应力公式反应折合应力与焊缝内部切应力与正应力的关系.文中以正面角焊缝T形焊接接头为分析对象,假设角焊缝断裂发生在折合应力最大值所在的截面,分析得出Q345正面角焊缝T形焊接接头最大折合应力与承载力和焊缝尺寸的关系.基于承载能力和等强度准则设计焊缝尺寸,并通过有限元软件对T形焊接接头进行数值模拟,其数值模拟结果与理论计算结果基本一致,说明基于折合应力设计正面角焊缝T形焊接接头焊缝尺寸是可行的.     

基于最小二乘支持向量机的激光拼焊焊缝识别

激光拼焊焊缝质量结构光视觉检测中,对焊缝的准确识别是实现高精度检测的关键. 针对检测图像中结构光光纹畸变特征不明显,无法准确识别焊缝的问题,依据焊缝纹理特征信息,提出了一种基于最小二乘支持向量机的焊缝识别方法. 首先,分析并提取焊缝区和非焊缝区差异明显的纹理特征. 其次,训练最小二乘支持向量机模型,对焊缝进行粗识别. 最后,采用Laws纹理滤波提取焊缝区域,并通过阈值分割方法精确识别焊缝. 针对不同工艺参数下的激光拼焊焊缝开展焊缝识别试验,结果表明,该方法能够有效地识别焊缝.     

螺旋焊管成型缝“桃形尖”缺欠的控制

螺旋焊管成型缝的“桃形尖”,不仅严重影响成型缝的焊接质量,而且影响钢管的外观质量,是螺旋焊管生产过程中出现的一种制造缺欠,一直是各制管厂必须解决和防范的难题。分析了螺旋焊管生产过程中成型缝“桃形尖”缺欠产生的原因,提出了切实可行的控制措施,对改善螺旋焊管成型缝质量和指导实际生产具有较好的作用。     

用于焊缝检测的比色图像偏心算法

提出了基于焊接比色图像偏心的概念并给出计算公式.从比色图像信号强度与焊接区域发射率、光谱辐射强度等的关系、比色值与焊接温度场及比色系统波长的关系以及比色图像偏心计算公式出发,分析了比色图像比色值分布对称性,推导并建立了焊接比色图像偏心与焊接区温度的函数值、焊缝中心与电弧中心偏差间关系模型.研究了以比色图像偏心作为检测对象的优异特性,给出了模型在某一焊接工艺参数条件下的数值解,发现模型的输出与输入有很好的线性关系.仿真试验证明以比色图像偏心可以代替焊缝中心偏差,为进一步研究比色图像偏心算法的实际应用打下理论基础.     

TOFD技术在特殊结构焊缝检测中的应用

叙述了TOFD技术的工作原理。在蜗壳焊缝试板及焊缝检测中将超声波和射线检测技术进行了对比。焊缝的缺陷解剖试验表明,TOFD技术能检出常规超声和射线检测方法难以检出的平面状缺陷,对气孔、夹杂等体积状缺陷的检测结果与实际解剖结果有出入。鉴于TOFD技术缺陷检出率高,对面状缺陷灵敏、不受方向性限制、检测速度快、扫描图显示直观并且无辐射等优点,因此在石化装置等在役特种设备的安全评定中具有很好的推广价值。     

基于网格激光线的横向焊接焊缝下塌检测方法

提出了一种基于网格激光的横向焊接焊缝下塌检测方法,根据5×5网格激光投影在焊缝表面的变形来检测焊缝的下塌情况.首先对网格图像进行处理,分别得到竖向和横向的像素点集.在此基础上,利用高斯函数对竖向点集进行样条曲线拟合,再对获得的高斯样条曲线分四段进行拟合,并求曲线段和直线段的交点.采用基于横向线的最小二乘法,对获得的交点以及焊缝最高点进行直线拟合.最后,通过计算三条拟合直线的距离,得到焊缝的下塌量.结果表明,该方法可以实现横向焊缝下塌情况的在线检测,为横向焊接焊缝成形闭环控制提供了基础.