磁光成像焊缝跟踪自适应卡尔曼滤波算法研究

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1、分类号：UDC：学校代号：11845密级：学号：2111101090广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)磁光成像焊缝跟踪自适应卡尔曼滤波算法研究吴嘉杰指导教师姓名、职称：直囱丕麴援专业或领域名称：狃趑王猩学生所属学院：扭皇工猩堂院论文答辩日期：2Q!垒生三月2窆旦lIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2581258ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)SeamTrackingBas

2、edonMagneto--OpticalImagingandAdaptiveKalmanFilteringAlgorithmMasterCandiate：WuJiajieSupervisor：Prof．GaoXiangdongJune2014SchoolofElectro-mechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P．R．China，510006摘要摘要在激光对接焊过程中，精确控制激光束始终对中焊缝是保证激光焊接质量的前提。由于激光束光斑直径小(一般小

3、于2009in)，对焊缝间隙大小敏感，要求焊缝能够尽可能的小。传统的结构光视觉法，将可见光谱段的结构光横跨于焊缝位置，从而在焊缝处形成结构光的突变特征，并利用图像处理技术准确识别焊缝位置。然而由于传统的结构光视觉法在焊缝间隙小于0．1mm的时候，将不能有效的对焊缝进行跟踪，导致在微间隙焊缝下精确控制激光束对准并跟踪焊缝路径十分困难。本课题通过磁光传感器提取焊缝磁光图像，对焊缝在磁光图像中的特征进行研究，准确检测出焊缝中心位置并实现焊缝跟踪。以法拉第磁光效应为理论基础的磁光成像技术，是一种可以对物体表面细小缺陷进行可视化检测的方法。通过分析磁光图像下焊缝

4、的灰度特征参数，利用粒子滤波和均值漂移算法对焊缝实际位置进行跟踪检测。试验结果表明这两种方法均能有效提取焊缝位置信息。其次，针对在焊接过程中由于焊材料的温度、磁光成像传感器激励线圈的交变磁场频率、线圈与焊件的间距等因素的变化所产生的诸多噪声干扰，严重影响了焊缝跟踪的精度。对此，本文主要研究一种基于Kalman滤波的系统状态最优估计方法。通过建立焊缝路径与激光束偏差实时测量与跟踪的预测模型，消除噪声干扰，提高焊缝跟踪精度。工艺试验以激光焊接低碳锈钢为试验对象，研究在色噪声的环境下利用Kalman滤波对焊缝中心位置进行最优估计，得到焊缝中心位置最优预测值，

5、消除系统状态噪声与测量的干扰影响。从磁光图像中提取焊缝位置参数并构成状态向量，建立基于焊缝位置参数的系统状态方程和焊缝位置测量方程。文中分别研究了系统过程噪声和测量噪声为色噪声时，使用Sage自适应滤波，它采用前m步新息序列估计过程噪声协方差矩阵对传统的Kalman滤波算法进行改进。试验结果证明改进的Kalman滤波算法可有效抑制色噪声干扰并能够提高焊缝跟踪精度。关键词：焊缝跟踪；Kaiman滤波；磁光成像；微间隙焊缝广东工业大学硕士学位论文AbstractInlaserbuttweldingprocess，precisecontroloflaserb

6、eamweldingisalwaysonthepremiseoflaserweldingqualityassurance．Sincethelaserbeamspotdiameterissmall(typicallylessthan200¨m)，sensitivetothesizeoftheweldgap，theweldcanbeassmallasrequired．Thetraditionalmethodofstructuredlightvision，thestructurewillbevisiblespectralbandsoflightacrosst

7、heweldlocation，thusformingmutationscharacteristicstructureofthelightintheweldandtheuseofimageprocessingtechniquestoaccuratelyidentirytheweldlocation．However，duetothetraditionalmethodofstructuredlightvisionintheweldgapislessthan0．1mmwhentheweldwillnoteffectivelytrack，resultingina

8、precisecontrolofmicro-gapweldingandlaserbeamali