微間隙焊縫路徑磁光成像卡爾曼濾波跟蹤方法研究.pdf

1、隨著高精度焊接工藝（如激光焊接）的廣泛運(yùn)用，無坡口、緊密對(duì)接的微間隙焊縫檢測跟蹤問題日益突出。精確的焊縫檢測跟蹤是保證焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化的關(guān)鍵。然而對(duì)于微間隙焊縫，傳統(tǒng)焊縫檢測方法難以有效地提取焊縫位置信息，識(shí)別焊縫偏離程度，為此論文研究了一種基于磁光成像的焊縫檢測新方法。
　　磁光成像傳感是一種利用法拉第磁旋光效應(yīng)通過檢測偏振光的偏振狀態(tài)實(shí)現(xiàn)磁場可視化的新技術(shù)。針對(duì)緊密對(duì)接的低碳鋼板的微間隙焊縫，對(duì)試件施加激勵(lì)磁場，通過磁

2、光傳感器獲取焊縫磁光圖像，由于施加在兩塊板材上的磁場分布存在明顯差異，因此在磁光圖像上焊縫位置存在明顯的過渡帶特征。研究磁光圖像中的焊縫區(qū)域灰度分布特點(diǎn)，結(jié)合圖像處理方法得到焊縫過渡區(qū)域，提取過渡區(qū)域的中點(diǎn)作為焊縫位置特征點(diǎn)。建立焊縫特征參數(shù)與焊縫偏差數(shù)學(xué)模型，計(jì)算焊縫偏差的測量信息。通過不同條件的焊縫檢測試驗(yàn)，驗(yàn)證磁光成像傳感技術(shù)能有效地檢測出焊縫位置。
　　由于焊縫跟蹤過程中存在多種噪聲干擾，嚴(yán)重影響焊縫位置信息的準(zhǔn)確提取。因

3、此，設(shè)計(jì)一種基于Kalman濾波的系統(tǒng)狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)方法，對(duì)焊接偏離狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。首先，建立基于焊縫位置參數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和焊縫位置測量方程，構(gòu)建Kalman濾波算法得到最小均方差下焊縫偏差最優(yōu)估計(jì)值。其次，針對(duì)系統(tǒng)過程噪聲和測量噪聲可能為色噪聲的情況，分別通過狀態(tài)擴(kuò)增法和測量擴(kuò)增法，構(gòu)建色噪聲下擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)色噪聲狀態(tài)下的最優(yōu)估計(jì)。多種工藝試驗(yàn)結(jié)果表明Kalman濾波算法能有效消除噪聲干擾，提高焊縫跟蹤穩(wěn)定性。
　

4、　最后針對(duì)焊縫跟蹤過程中系統(tǒng)過程噪聲和測量噪聲統(tǒng)計(jì)特性難以在焊前精確獲取的情況，通過比較不同噪聲方差取值下的卡爾曼濾波結(jié)果，研究噪聲統(tǒng)計(jì)特性不確定性對(duì)卡爾曼濾波穩(wěn)定性的影響。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與卡爾曼濾波算法結(jié)合，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償卡爾曼濾波算法。建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以卡爾曼濾波狀態(tài)參量作為網(wǎng)絡(luò)輸入，濾波誤差作為網(wǎng)絡(luò)輸出。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)一步修正卡爾曼濾波值，補(bǔ)償由于噪聲統(tǒng)計(jì)特性不確定性引起的濾波誤差。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這一方法可有效提高濾