不锈钢等离子弧焊视觉传感及焊缝跟踪研究

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1、上海交通大学博士学位论文不锈钢等离子弧焊视觉传感及焊缝跟踪研究姓名：葛景国申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：陈立功20050101中文摘要不锈钢等离子弧焊视觉传感及焊缝跟踪研究中文摘要焊缝跟踪控制一直是焊接界的研究热点焊缝跟踪技术经过多年的研究取得了大量的成果但仍局限于一定的焊接工艺和一定的焊接结构在特定的焊接条件下仍需要研制相应的焊缝跟踪系统视觉传感由于其信息量大而成为目前焊缝跟踪领域的重要手段视觉传感焊缝跟踪有以下几个技术关键减弱或消除弧光对熔池图像的干扰确定熔池特征参数熔池图像的处理和系统控制策略在不锈钢焊管生产系

2、统中为保证焊管表面成形质量要求接缝与焊缝的偏差量不能大于0.5mm为此需要进行焊缝跟踪控制研究焊缝跟踪包括三项内容首先要识别出熔池形状然后需要计算出熔池接缝偏差最后通过驱动机电执行机构使焊炬对准接缝或者使接缝对准焊炬接缝偏差可能由钢板送进或者热变形等原因产生本文采用视觉传感器在线检测采用等离子弧焊接工艺制造不锈钢焊管焊缝对中情况利用CCD摄像机从工件的正面采集熔池和接缝的形貌图像通过分析采集到的形貌图像获取焊缝对中偏差信息作者设计了试验系统的整体方案并建立了视觉传感焊缝跟踪控制系统系统包括机电驱动模块图像采集卡和CCD摄像头以及滤光

3、片组成的视觉传感器采用带有一阶径向畸变的小孔摄像机模型对摄像系统进行标定求解摄像机内外参数在Windows98环境下采用I上海交通大学工学博士学位论文VC++6.0开发了焊缝实时跟踪控制系统它由图像卡驱动模块I/O卡驱动模块手动操作模块数字图像处理模块模糊PID控制器模块图像文件读写模块双缓冲区处理模块高精度定时器模块动态图形实时显示模块等组成论文采用了多媒体定时器多线程双缓冲图像采集等一系列关键技术设计软件提高了采集的图像数据处理效率采集到了清晰的PAW熔池区域图像基于对熔池图像边缘检测技术和PAWPlasmaArcWelding

4、等离子电弧焊焊接特征的分析论文提出了PAW条件下的接缝偏差识别算法在搜索熔池中心时采用寻找熔池最左一点和最右一点然后取其中点作为熔池中心位置结合接缝位置判别计算出接缝偏差论文提出的偏差识别算法包括对角差分算子图像增强局部领域统计法图像二值化局部领域统计法边缘提取搜索特征点计算偏差与经典图像处理算法相比该算法不仅速度快而且具有不需要边缘拟合就能够得到完整的熔池和接缝边缘轮廓的特点经试验测定在本试验系统条件下该算法一个执行周期平均为43ms满足了焊缝跟踪的实时性要求在PAW过程中电弧沿钢管移动熔池图像采集本身是按照一个确定的采样频率进行

5、的熔池可以视作一个在图像中缓慢运动的物体因此可以采用序列图像运动检测的方法来研究焊缝跟踪本文对焊接序列图像中的熔池运动检测进行了尝试运用二帧差分法和三帧差分法对采集到的PAW焊接熔池序列图像进行了处理结果表明这两种方法可以提取出熔池的大致边缘轮廓三帧差分法具有较强的抗背II中文摘要景噪声能力对PAW熔池图像处理效果较好将三帧差分法对前述焊缝偏差识别算法进行了改进速度仍然能够满足实时性的要求作者分析了弧焊熔池序列图像的特点指出焊接熔池序列图像中的目标检测问题具有以下特点背景单一但有周期性起伏低信噪比目标运动缓慢熔池边缘是一个非刚体柔性

6、目标焊接熔池序列图像运动检测问题可以归结为两类问题1当以熔池边缘为研究对象时是一个柔性非刚体单一目标的提取与跟踪问题2当以熔池的特征点为研究对象时则是一个多目标的刚体运动检测与跟踪问题针对熔池边缘单一目标的序列图像运动检测论文提出了一种基于梯度倒数算子的空域背景消除算子和最小均方误差函数MSE的运动矢量估计法组成的焊接熔池边缘的时空域联合检测模型算法以减小运算量并提高检测准确性论文分析了PID控制理论和模糊自适应整定PID原理分析了跟踪系统直流伺服电动机的速度控制和随动控制传递函数的数学模型设计了模糊PID控制器和PID控制器并在M

7、ATLAB环境下对其进行了仿真仿真结果表明模糊PID控制器的响应速度加快调节精度提高根据焊缝成型和焊缝偏差的有无等各种不同条件设计了十组实际焊缝偏差检测试验对采集到的焊接熔池区图像处理分析结果表明系统能够有效地检测出接缝偏差实现自动跟踪关键词等离子弧焊焊缝跟踪正面视觉传感序列图像图像处理III上海交通大学工学博士学位论文ResearchofVisionSensingandSeamTrackingforPlasmaArcWeldingofStainlessSteelTubeAbstractSeamtrackingandcontroli

8、salwaysahotpointinweldingfield.Aftermanyyearsofdevelopment,seamtrackingtechniquehasgotfruitfulresults,buttheseresults