基于視覺的熔池過程特征提取方法及智能控制研究.pdf

1、本文針對機器人氣體保護自動焊，進行了熔池(接縫)視覺的近紅外自動傳感、計算機圖象處理、視覺圖象缺陷特征建模、質(zhì)量智能控制等研究工作。同時，在弧焊機器人工藝試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計研究了焊接工藝自動設(shè)計和在線參數(shù)傳感與傳輸系統(tǒng)，研究內(nèi)容主要包括： 1.近紅外熔池視覺圖象傳感技術(shù)方法本文針對射流、短路過渡和等離子加熱熔池，提出了近紅外視覺在線檢測熔池過程圖象的方法，在“鬼像”消除；近紅外窄帶-截止復(fù)合濾光；熔池、接縫、焊縫外觀視覺一體化傳

2、感等方面取得突破，同時在等離子加熱區(qū)及熔敷銅熔池；鋁合金雙絲焊熔池；等離子焊熔池等視覺傳感及一體化傳感器等方面開展了具有創(chuàng)新性的試驗研究，獲得了具有清晰特征的等離子加熱區(qū)、TIG和等離子銅熔敷焊熔池、鋁合金雙絲焊熔池圖象，解決了基于視覺的質(zhì)量智能控制技術(shù)中視覺傳感關(guān)鍵性難題。 2.熔池圖象特征提取方法本文將平滑、Sobel銳化、Canny水平算子、雙浮動閾值分割、細(xì)化、斷點連接、圖象輪廓提取等計算機圖象處理技術(shù)應(yīng)用于熔池(接縫)

3、視覺質(zhì)量信息的提取。針對強弧光干擾熔池圖象特征，給出了新的熔池、接縫、焊縫外觀視覺專用計算機圖象處理技術(shù)與軟件系統(tǒng)，獲得了清晰的熔池(接縫、焊縫)幾何邊界、浮渣等成型和質(zhì)量特征，結(jié)合焊接工藝參數(shù)的傳感采集，給出了分區(qū)域質(zhì)量特征的圖象處理方法，解決了熔池輪廓和特征提取等難題；在上述特征研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了熔池形態(tài)和邊緣特征描述方法，提出了較為系統(tǒng)的熔池視覺圖象幾何形態(tài)參數(shù)描述指標(biāo)，主要包括：熔池面積、后拖角、尾部面積、尾部邊緣光滑度、熔池

4、視覺圖象相對對稱度等指標(biāo)。 3.熔池視覺圖象與焊接缺陷關(guān)系本文基于熔池圖象的形態(tài)、邊緣及浮渣特征，首次研究給出了氣孔、夾渣缺陷形成前熔池圖象特征，如“熔池邊緣呈鋸齒狀圖形特征、熔池圖像尾部出現(xiàn)黑斑點、浮渣數(shù)目增多、灰度均值波動和灰度標(biāo)準(zhǔn)差變大等”，給出了“上述特征可能單獨出現(xiàn)也可能幾個特征同時出現(xiàn)，產(chǎn)生上述圖象特征雖不能肯定會產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷，但產(chǎn)生氣孔、央渣缺陷的概率將大幅度增加”等具有創(chuàng)新性的結(jié)論。 4.基于視覺傳

5、感的質(zhì)量智能控制本文基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)，建立了基于視覺傳感的射流、射滴、短路過渡工藝的熔寬、熔深模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型，并對有干擾的工藝實驗進行了深入的研究，并通過實驗結(jié)果對相關(guān)模型進行了修正，實驗結(jié)果表明具有很好地效果。 本文首次針對等離子(TIG)銅熔敷焊，提出了基于視覺傳感的質(zhì)量自動控制方法，微觀組織、電鏡能譜、高分辨透射、力學(xué)性能等檢測表明，銅鋼界面實現(xiàn)了無熔深連接，銅和鋼界面實現(xiàn)了原子間結(jié)合，研究和實驗工作獲

6、得了具有創(chuàng)新性的結(jié)果。 5.接縫熔池雙目視覺傳感技術(shù)本文在激光接縫跟蹤研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了激光視覺接縫幾何參數(shù)傳感與跟蹤技術(shù)，設(shè)計研制出了結(jié)構(gòu)激光雙目視覺傳感器，較好的解決了立體視覺中對應(yīng)點的匹配問題，得到接縫特征點在二維平面上的圖像坐標(biāo)和坡口類型、角度、間隙等幾何特征信息；采用三維重建算法，能由接縫特征點的圖像坐標(biāo)計算出其三維坐標(biāo)，并能精確的得到V型、半V型、對接I型、U型、搭接等接縫三維幾何尺寸。 6.重型車輛弧焊機

7、器人富氬氣體保護焊工藝自動設(shè)計系統(tǒng)本文針對軍工車輛焊接工藝的智能設(shè)計，提出并設(shè)計了富氬氣體保護焊(PMIG、MIG、MAG和手工電弧焊)焊接工藝自動設(shè)計系統(tǒng)軟件，解決了焊接產(chǎn)品信息的結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的表達和管理、基于規(guī)則和實驗報告的焊接工藝卡的雙推理、焊接CAD與工藝系統(tǒng)圖形的無縫信息交互等基礎(chǔ)性難題；實現(xiàn)了推理過程的多參數(shù)多規(guī)則約束的自動工藝求解、產(chǎn)品焊接工藝自動批輸出等；設(shè)計開發(fā)了弧焊機器人焊接參數(shù)實時傳感、發(fā)布和遠(yuǎn)程傳輸?shù)溶浻布P(guān)