基于結(jié)構(gòu)光視覺傳感的GMAW快速成形焊道形貌檢測及控制.pdf

1、在快速成形的金屬熔敷過程中,由于熱積累的原因焊道有變矮和變寬的趨勢,采用恒規(guī)范焊接無法獲得均勻一致的熔敷焊道。為使每條熔敷焊道的尺寸都與預(yù)先設(shè)計的尺寸一致或在允許的誤差范圍內(nèi),本文設(shè)計了一套閉環(huán)自動控制系統(tǒng),對快速成形單墻壁熔敷焊道信息進(jìn)行在線檢測,相應(yīng)的調(diào)整熔敷速度,達(dá)到熔敷焊道寬度均勻控制的目的。
　　首先,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了快速成形閉環(huán)自動控制實(shí)驗系統(tǒng)的計算機(jī)控制。整個實(shí)驗系統(tǒng)由三部分組成:焊接電源系統(tǒng)、三維行走平臺、線結(jié)構(gòu)光傳感

2、器。針對GMAW快速成形過程閉環(huán)控制的要求,搭建的快速成形實(shí)驗平臺可對快速成形過程進(jìn)行檢測與控制。設(shè)計了一套基于線結(jié)構(gòu)光的視覺傳感器,并進(jìn)行標(biāo)定,能夠可靠地采集快速成形焊道的激光條紋圖像。
　　其次,對快速成形熔敷焊道結(jié)構(gòu)光圖像的處理算法進(jìn)行了研究。分析了典形條紋圖像的特征,在VC++平臺上編寫大模板高斯濾波和改進(jìn)的重心法相結(jié)合的圖像處理算法,該算法可有效地提取出結(jié)構(gòu)光條紋中心線;然后采用圖像融合的算法準(zhǔn)確、直觀地提取出當(dāng)前熔敷焊

3、道的形貌,并針對每一層中多道熔敷焊道和單墻壁熔敷焊道兩種情況,分別提取熔敷焊道特征點(diǎn),求取熔敷焊道的高度和寬度。
　　再次,研究了快速成形單墻體熔敷焊道寬度的單變量控制方法,對快速成形熔敷焊道寬度的控制規(guī)律進(jìn)行研究。使用面積法辨識堆敷速度與熔敷焊道寬度的一階傳遞函數(shù),設(shè)計了PID控制器對熔敷焊道寬度進(jìn)行控制,使用遺傳算法對PID參數(shù)進(jìn)行整定,并以此為基礎(chǔ)通過Matlab對控制器的控制效果進(jìn)行了仿真。
　　最后,進(jìn)行了快速成形