机器人焊接电弧高速图像采集与研究

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1、密级学号毕业设计（论文）《机器人焊接电弧高速图像的采集与分析》院（系、部）：继续教育学院姓名：刘娟年级：2011级专业：电气工程及其自动化指导教师：申爱明教师职称：讲师2013年5月31日·北京34/35目录第一章前言51.1现代焊接技术简介51.2机器人焊接发展过程及其简介61.2.1机械手臂或操作系统71.2.2焊接部件71.2.3机器人控制系统71.3机器人焊接研究现状及未来趋势81.4焊接系统的组成和工作原理101.5焊接电弧现象121.5.1焊接电弧的基本概念121.5.2焊接电弧的引

2、燃131.5.3焊条的加热和熔化131.5.4焊接电弧的基本特点131.5.5焊接电弧的组成13第二章机器人焊接高速电弧图像采集与分析实验原理及相关技术152.1机器人焊机电弧高速图像采集与分析简介152.2高速图像采集系统原理152.2.1普通CMOS高速摄像系统介绍152.2.2摄像系统总体结构.162.3高速摄像机的介绍172.4高速摄像装置光路及其背光技术简介192.4.1高速摄像装置及其光路图192.4.2滤光片和可调减光镜的选择192.4.3背光光源的选择212.5合理选择放大率23

3、2.6正确选择摄像参数232.7焊接电弧波形信号采集系统简介24第三章焊接电弧高速图像采集与分析实例253.1不同滤光镜下的拍摄效果253.2焊接电弧高速图像采集与分析实例2534/353.2.1低氢焊条发生电弧环绕套筒内边缘旋转的高速摄影253.2.2焊条电弧焊时下落的熔滴的高速摄影263.2.3电弧力引起大颗粒飞溅的高速摄影273.2.4焊条发生爆炸过渡过程的高速摄影273.2.5药芯焊丝CO2气体保护焊在小参数下熔滴排斥过渡时的高速摄影28第四章心得与体会294.1结论总结294.2对进一

4、步研究的展望29参考文献31致谢33声明3434/35摘要进行了焊接电弧高速图像和信号波形的同步采集和再现研究，给出了电弧图像和波形在线具体实现技术，并利用该技术成功进行了电弧光谱信息检测熔滴过渡过程、二氧化碳短路过渡过程和变极性MIG焊电弧行为的研究。关键词：焊接电弧高速摄像同步采集与播放软件34/35ABSTRACTTheresearchonsynchronizedsamplingandreproductionofthewaveformsandhigh-speedcameraimageofw

5、eldingareiscarriedoutandthetechnologyofrealizingthereproductionofwaveformsandimageofweldingaregiven.Bymeansofthismethod,theprocesstestsofarespectrumsensedandcontrolleddropletstransfer,carbondioxideshortcircuitweldingandACpulsed-MIGweldingaresuccessfu

6、llystudied.Keywords:WeldingarcHigh-speedcameraSynchronizationSamplingandreplaySoftware34/35第一章前言1.1现代焊接技术简介焊接是材料加工与装备制造中的一个重要的生产环节，传统焊接通常被认为是一种技艺而不是技术性很强的制造方法,传统焊接大多依赖于手工焊接,焊接的质量和速度严重取决与操作人员的熟练程度,很多传统的焊接工艺相对的生产成本较高而且工艺较为繁杂。焊接是一种传统的加工工艺向现代制造方向发展的重要标志之

7、一是应用计算机、信息等技术把操作者的经验和焊接过程转化为特征与规律的定量认识。随着焊接产品制造的高品质、高效率和精量化要求的日益提高，同时在计算机、电子信息技术的推动下，对制造工艺的精度提出了更高的要求，传统焊接工艺已经不能满足生产力的发展要求，自动控制技术下的机器人焊接技术无论是在焊接工艺或者在焊接成本、精度以及效率方面都具有独到的优势，已经在较多的领域广泛的应用，例如机器人焊接目前广泛应用于汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其是在汽车底盘焊接中得到了广泛的应

8、用。电弧焊过程中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制造中其