双线结构光焊缝跟踪传感器及其特性

单线结构激光器由于其安装位置与焊枪有一定的距离,传感器测量结果并不能完全表示焊枪位置,应用在移动式焊接机器人上会出现难以克服的导前误差。在此介绍了一种双线结构光传感器,它采用两个线状激光作为光源,同时在不同位置测量焊缝的相对位置。这样的结构特点使传感器在消除焊枪导前误差、跟踪弯曲焊缝方面有普通结构光传感器所不可比拟的优势。基于此原理,研发了传感器实物并在移动焊接机器人上验证了其克服导前误差的功能。     

基于视觉传感的机器人水下焊缝跟踪

根据视觉条件下水下自动化焊接的特殊要求,设计了一套机器人水下视觉焊缝跟踪系统.针对水下焊缝图像干扰严重、模糊等特点,采用小波变换技术去除了弧光、飞溅等干扰噪声,采用改进的模糊增强图像处理方法,提高了图像处理的效率,获取了清晰的边缘图像.边缘检测后,对焊缝左右特征点进行扫描,准确地提取了焊缝中心.为了减小跟踪误差,将焊缝轨迹中的每个小线段的坐标偏移量分成50等份,同时设计了有效地机器人轨迹跟踪控制程序.水下斜线和曲线焊缝的跟踪试验表明,在正常的条件下,可以满足跟踪要求.     

基于双线结构光传感器的埋弧焊缝跟踪系统研究

针对船舶制造中长板对接焊缝的埋弧焊生产效率低、劳动强度大,且使用单线结构光传感器易受小车行走轨道安放的影响而产生导前误差,研制了一种基于双线结构光传感器的埋弧焊缝跟踪系统。基于结构光成像原理,建立了双线结构光传感器的数学模型,从中得到了焊缝轨迹空间位姿和焊缝偏差。设计了双线结构光传感器,并结合埋弧焊的焊接特点,设计了针对V形坡口焊缝的图像处理算法。介绍了焊缝跟踪系统的组成和工作原理,并对传感器和焊缝跟踪系统进行了试验验证。结果表明,传感器数学模型正确且检测精度较高,能够实现对焊缝轨迹空间位姿的检测,焊缝跟踪系统运行稳定,能够满足实际焊接要求。     

基于结构光的半自主轨迹规划焊接技术

传统弧焯机器人采用示教方式进行轨迹规划,这种方式存在很大误差,为此提出一种基于结构光的半自主轨迹规划技术.这种技术先采用示教方式沿着焊缝进行轨迹规则,然后在机器人焊枪上安装结构光线装置与摄像机,并使结构光线处于焊枪枪尖正下方,再按照轨迹规划的路线扫描,在扫描过程中按照时间序列记录焊缝中心相对于枪尖的位置偏差,自主规划用于纠正偏差的外部轴的轨迹.建立了外部轴轨迹规划系统和自主轨迹规划模型,同时建立了图像处理体系.综合运用中值滤波、阈值变换、细化变换等多种图像处理技术与分段直线拟合技术,准确地定位焊缝中心.试验证明,该技术结合焊缝图像处理体系具有很强的抗干扰能力,误差小,处理速度快,能满足实时处理要求.     

基于激光视觉的薄板焊缝跟踪方法研究北大核心

由于示教型焊接机器人在进行汽车薄板件连续焊工艺时存在装夹误差和热变形等问题,导致焊缝实际轨迹与示教轨迹存在较大误差。为提高焊接质量,基于焊接机器人构建激光视觉焊缝检测跟踪系统,提出基于目标估计准则的焊缝跟踪算法,实时跟踪焊缝中心点三维位置变化。以传统图像处理法提取初始帧焊缝特征点,通过改进的孪生神经网络对强干扰下的焊缝特征点进行跟踪提取。通过坐标转换得到机器人基坐标系下的焊缝中心特征点三维坐标。结果表明:该算法能精确提取跟踪焊缝特征点,平均误差为0.48 mm,平均帧率为90帧/s,优于传统图像处理方法和基于相关滤波的方法,能够实现快速准确的跟踪。     

激光焊接过程焊缝跟踪传感方法

激光焊接已经成为焊接制造业中最具发展前景的焊接技术。在激光焊接过程中必须依靠先进的焊缝跟踪系统来保证焊缝和激光束的精确对中以获得良好的焊件,传感技术的应用为焊缝的实时跟踪提供了最有利的解决方案。综述了国内外最新结构光视觉传感、红外线传感、同轴视觉检测、磁光成像传感检测技术的原理及其优缺点,并给出应用实例加以说明。     

焊接机器人轨迹跟踪研究现状

各类传感器和智能控制方法极大促进了机器人在焊缝跟踪中的应用,不仅提高了焊缝跟踪的精度,同时提高了焊接效率和保证了焊接质量。简述了机器人焊缝跟踪系统的结构,详述了焊缝跟踪过程中各类传感器的工作原理及其特点;阐述了图像处理技术在机器人焊缝轨迹跟踪过程中的研究进展,并对图像的预处理、图像分割与边缘检测和特征提取等研究方法进行了分析。最后,总结了智能控制方法在焊缝跟踪中研究进展及不同形状的焊缝跟踪情况。     

模板匹配技术在焊缝图像处理中的应用

针时结构光下焊缝图像的特点将模板匹配方法用于焊缝图像的处理，介绍并提出了几种快速匹配算法。试验证明用模板匹配技术进行焊缝图像处理是可行的，最后进行了简单的总结。     

一种结构光式焊缝跟踪系统的设计

为了提高焊接的自动化水平,快速准确的焊缝跟踪是一个难点。因此设计了一种基于结构光的焊缝跟踪系统,针对典型的焊缝形式(V型、I型、搭接、角接、对无间隙对接纵/环缝)分别采取不同的图像处理流程,能够快速获取跟踪点,尤其是对无间隙对接纵/环缝的图像处理采用了垂直Sobel和垂直腐蚀等算法,实现了对接焊缝中心线的准确提取;利用伯德图法求取机电系统的传递函数,能够稳定的传动控制。实验结果表明,本系统能快速、准确地跟踪焊缝。     

基于单目线性结构光膜式壁焊缝跟踪系统研究

针对锅炉行业中膜式壁焊接作业劳动强度大、生产效率低,设计了一种基于单目线性结构光的膜式壁焊缝跟踪系统。首先,设计了一种基于单目线性结构光的膜式壁焊缝检测传感器,建立了空间坐标系和相机成像坐标系下焊炬轨迹空间位姿和偏差数学模型;其次,焊接过程中,基于图像处理检测出的焊缝特征点建立了焊缝轨迹和焊缝纠偏数学模型;最后,结合图像处理检测出的焊缝特征点和焊缝跟踪控制算法,在龙门式焊接机器人平台上完成了上坡角和下坡角为30°的膜式壁焊缝焊接。实验证明,膜式壁焊缝图像处理算法能够快速准确地检测焊缝特征点,结合焊炬纠偏控制算法能够完成焊缝跟踪,跟踪精度为0.20 mm,满足实际要求。     

塞拉门焊缝视觉跟踪图像处理技术

根据塞拉门框焊点多而短、焊接质量要求高的特点,提出一种机器人间断式弧焊视觉跟踪系统,综合运用灰度变换等方法,建立基于普通光源的视觉跟踪移动窗口图像处理体系,克服传统图像分割方法易受到工件上刀痕亮斑和暗影等噪声干扰的不足,在采集图像中移动与焊缝具有相同形状和大小的窗口,以窗口中所有像素灰度平均值最小窗口作为焊缝当前位置,能有效的滤除刀痕亮斑和暗影噪声.通过焊缝当前位置与标准位置比较,可直接计算出焊缝位置偏差.结果表明,移动窗口焊缝图像处理体系具有很强的适应性和抗干扰能力,能满足实时跟踪要求.     

基于钨极倒影的GTAW三维焊缝位置检测

为了同时实现钨极惰性气体保护焊(GTAW)中弧长控制和焊缝跟踪,文中提出一种基于钨极倒影的焊缝位置检测新方法.该方法将所研制的视觉传感器固接于焊枪上,从侧前方观测熔池,拍摄得到的图像包含有钨极前端、熔池前部、焊缝棱边以及钨极在熔池中所成的像等元素.通过所提出的基于实际钨极中心线约束的弧长算法和基于熔池水平约束的钨极左右偏差算法,计算得到焊缝相对钨极的三维位置,以此为控制量可以实现三维精密焊缝跟踪.结果表明,该方法是有效的,检测精度达到±0.1mm,满足精密焊接应用要求.     

弧焊机器人焊缝图像处理及识别方法的研究

针对电荷耦合器(CCD)所获取焊缝图像的特点,研究了相应的图像处理方法,有效地消除了焊接过程中的飞溅和弧光对焊缝图像的干扰.通过识别激光带在焊接坡口处的变形,准确识别出图像中焊缝中心位置并计算出焊枪的偏差.采用多线程技术编写了应用程序,充分利用计算机系统资源,大大提高了图像采集、处理和存储的速度.识别算法对每幅图像的平均运算时间为16 ms,识别精度达到±0.2ms.试验证明:图像处理的过程和焊缝中心识别的方法是有效的,该系统满足焊缝跟踪控制的实时性要求.     

水下焊缝自动跟踪路径的识别

为满足水下焊缝自动跟踪的需要,设计了一个视觉系统。该系统采用卤钨灯作辅助光源照射焊接电弧前方一定距离处的待焊焊缝．配合复合滤光片进行滤光,能拍摄到较为清晰的焊缝图像。提出了一个基于边缘邻域平均值的算子,用于图像的边缘增强。运用改进的遗传算法计算图像类间方差,求出最佳阈值进行图像边缘分割,能较好地保留图像弱边缘．有效地减少计算时间。对分割后的焊缝图像,提出一种基于待焊焊缝宽度等特征的识别方法,能克服焊接弧光、飞溅、水流、气泡等干扰,识别水下待焊焊缝．准确地获取待焊焊缝中心线．为进一步实现水下焊接的自动化打下了基础。     

基于机器视觉的管道焊接跟踪技术研究

针对爬行焊接机器人在管道自动焊接中对典型的V形坡口焊缝的定位与中心线的提取,设计了一种基于激光视觉检测的自动焊缝跟踪系统。提出了一种基于激光条纹图像特征的两步定位方法:第一步,建立模板匹配,利用模板匹配方式获取激光条纹位置区域;第二步,采用阈值分割和中心法提取激光条纹中心线,然后采用Shi-Tomasi算法对中心线进行角点检测,经过拟合直线求交点和逐列扫描对比得到焊缝坡口的4个拐点信息,并确定焊缝中心。通过对实际的焊接过程进行测试,结果表明:跟踪系统的平均纠偏误差在2像素以内,平均处理纠偏时间在120 ms以内,具有较高的精度和实时性。     

基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪

针对某复杂曲面薄壁不锈钢工件精密脉冲TIG焊中的焊缝跟踪问题 ,本文研究了一种基于视觉传感的高精度、高实时性焊缝跟踪技术。根据脉冲TIG焊的工艺特点 ,该技术通过选择特定波长的滤光片及合理的曝光时刻 ,采用工业CCD摄像机获取可直接分辨出焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像。采用VC语言设计的图像处理算法 ,可以快速准确地识别出焊缝中心线 ,提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离 ,驱动步进电机调节焊炬位置 ,实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。试验结果表明 ,该技术的单幅图像处理周期小于 12 0ms,能实现焊炬运动方向与焊缝偏差角小于 3 0°的焊缝跟踪 ,满足了复杂曲面的薄壁不锈钢工件的精密焊接要求。     

三维焊缝图像传感技术

介绍一种采用光栅莫尔条纹技术的三维焊缝图像传感系统,它由交角很小的两块黑白透射光栅和CCD摄像机镜头等元件构成,根据系统的光路结构找出变形的莫尔条纹相对焊缝的上表面相对偏移量与焊缝形貌的函数关系,得到焊缝的三维信息.阐述了实现方法以及图像处理过程,并进行了获取焊缝三维图像的试验.结果表明,这种光栅莫尔条纹三维测量技术提取图像信息简单,可以获得焊缝的边缘形状和焊缝坡口的大致形貌,适用于焊缝图像的精确特征识别和提取.     

电弧焊接焊缝偏差方法研究

焊缝跟踪技术是自动电弧焊接的一个重要研究领域,实现精确的焊缝跟踪对于提高焊接质量具有非常重要的作用。而要实现精确的焊缝跟踪,焊缝偏差(即焊缝中心与电弧的偏差)检测技术是一个关键。通过图像处理技术,选取熔池图像处理区域(包括熔池前端与熔池前端部份焊缝),并将熔池图像质心作为分析焊缝偏差的特性参量,研究利用熔池特性参数来建立焊缝偏差测量视觉模型的方法。