结构光视觉传感器模型分析与研究

结构光视觉传感器是焊缝跟踪系统中的重要组成部分,通过建立结构光视觉传感器的数学模型,确定像面坐标与空间焊缝位置坐标的对应关系。在确定模型结构基础上,分析影响结构光视觉传感器测量误差的因素,分析了传感器的结构参数对测量误差的影响关系,提出结构光视觉传感器的优化设计方法,依据仿真结果判定影响结构光视觉传感器的最优结构参数,并通过实例求出其最优解。     

结构光式激光视觉传感器的焊缝跟踪系统

对几种常见的焊缝跟踪系统进行比较，着重介绍了结构光式视觉传感器的工作原理。     

基于结构光视觉传感器的弧焊机器人视觉检测方法及试验结果分析

针对自动焊接机器人焊缝精确检测的问题,研究了基于结构光视觉传感器的视觉检测方法,对结构光视觉传感器实时采集图像进行理论分析,经过焊缝图像预处理、图像边缘检测和轮廓提取等处理过程,运用最小二乘法对焊缝边缘拟合,通过求平均值的方法提取结构光条纹的中心直线,找到数字图像中焊缝的位置,最后利用机器人手眼标定焊缝的位置,并进行焊缝跟踪。结合试验,验证了该视觉检测方法检测精度较好,能够满足实际的工作要求。     

结构光视觉传感器在小信号下的问题及对策

目前结构光视觉传感器广泛的应用于焊缝的跟踪。在多层多道焊中,最后一层焊接以及盖面焊的情况下,结构光传感器跟踪存在两个方面的问题:跟踪精度差以及结果扰动大;在焊缝偏差持续增大的情况下,甚至出现跟踪误差。结合国产激光跟踪传感器,分析了这两种现象产生的条件及原因,同时认为,要减少这两种现象,其根本方法在于提高坡口图像质量,通过优化传感器结构来解决问题。     

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Linux嵌入式系统的焊缝激光结构光视觉传感系统

焊缝跟踪是自动化焊接的关键。以ARM为开发平台,在嵌入式Linux系统的基础上开发了一套焊缝激光结构光的视觉传感系统,体积小,成本低。经过一台网络交换机将视觉传感器模块、传感器人机交互模块、机器人控制器模块以及机器人手控盒模块进行组网,形成了一个焊缝自动跟踪网络系统,便于设备的扩展和各个模块之间的数据交换和共享。针对焊接中常用的V型坡口,采用简化的hough变换图像处理算法,得到了坡口激光结构光条纹的特征点位置。     

Co2自动焊激光焊缝视觉传感器设计

设计了用于焊缝自动跟踪的激光视觉传感器，介绍了传感器的结构，说明了图像采集过程，阐述了确定焊缝图像中焊缝横向中心位置以及获取焊炬相对于爆缝纵向偏差的图像处理方法。     

机器人结构光视觉三点焊缝定位技术

提出了机器人结构光视觉三点焊缝定位技术，使弧焊机器人可以适应批量生产中每次焊缝位置的变化，通过适当的数学描述，将焊缝一位问题转化为确定位变换矩阵。给出了三点焊缝定位法的求解过程，具有良好的理论可靠性。利用结构光视觉传感器获取焊缝位置信息，可以快速实现对焊缝的精确定位。     

基于偏振片的结构光传感器光学系统建立

结构光传感器是焊接自动跟踪研究的重要研究方向.目前对于结构光传感器的研究主要集中于弧光的滤除和图像的处理.实验表明,对于反光强烈的光洁金属表面,杂光的强度与结构光接近,普通的滤光手段难以克服.由于光源激光为偏振光,通过菲涅耳公式计算可知,结构光和杂光也具有偏振性.分析了偏振片在结构光视觉焊缝跟踪传感器中的作用,实验结果显示,通过偏振滤光可以有效消除杂光对于坡口条纹图像的干扰,既可以在光洁表面,又可以在一半光洁一半粗糙的工件表面提取清晰的图像.     

灰度形态学在焊缝图像处理中的应用

寻求一种快速、有效的焊缝图像处理方法，是基于视觉传感的焊缝跟踪系统的关键技术之一。在分析灰度形态学膨胀、腐蚀、开和闭四种基本运算对图像的处理效果的基础上，将灰度形态学引入焊缝图像处理中。研究一种焊缝图像处理新方法，根据视觉传感器获取的焊缝图像的形态特征，选择合适的结构元素，对焊缝图像进行多种形态学运算，提取出焊缝、检测出焊缝边缘和焊缝中心位置，作为焊缝跟踪系统的控制量。试验结果表明，该方法效果良好，完全满足焊缝跟踪系统实时性要求，能有效地提高焊缝跟踪精度。     

基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测

针对磁控摆动电弧扫描焊缝获取有用信息量少的问题,提出了一种基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测方法. 文中简述了磁控旋转电弧传感器的基本原理,对磁控旋转电弧的运动轨迹进行了仿真,利用位置传感器对电弧进行定位,采用四分圆周采样法,运用Kalman滤波原理进行滤波处理,分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息,并引入加权预测矫正因子对焊缝的偏差信息进行预测矫正. 结果表明,该方法用于磁控旋转电弧焊缝自动跟踪可行,提高了焊缝跟踪的精度,为预测方法用于焊缝偏差算法提供了科学依据.     

轮式机器人折线焊缝跟踪协调控制方法

研究了以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对折线焊缝进行跟踪的协调控制方法.设计了自适应模糊控制器对十字滑块和车轮进行协调控制,通过控制机器人移动对焊缝进行粗略跟踪,同时调整十字滑块带动焊枪对焊缝进行精确跟踪.为了使机器人的移动方向与焊缝走向一致,采用Sugeno型模糊逻辑系统作为滤波器对机器人本体的方位角偏差进行滤波处理,使机器人本体在跟踪焊缝的直线段时做直线运动,在跟踪焊缝的曲线段时做转弯运动.结果表明,该算法能够成功应用于最大为60°的折线焊缝和Z形焊缝的自动跟踪焊接.     

Development of seam tracking system with ultrasonic sensor using self-tuning fuzzy control

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一种用于焊缝跟踪的电容式传感器

在研究传感器与工件之间距离变化感应出电流、电压的变化规律以及信号采集与处理方法的基础上,提出了一种用于焊缝跟踪系统的新型电极结构的单片式电容传感器,并研制出一种焊缝跟踪系统.在考虑温度影响的前提下,跟踪系统采用差动式测量方法实时提取出焊枪相对焊缝坡口中心的偏差信息,并通过控制执行机构进行纠偏调节,从而实现焊缝跟踪.结果表明,电容式传感器结构简单,分辨率高,工作可靠,非接触测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作,可实现复杂轨迹角焊缝的焊缝跟踪,为目前对焊缝跟踪技术的研究提供了新的方向.     

Fuzzy-P控制超声传感埋弧焊焊缝的跟踪系统

研制了一种非接触超声传感埋弧焊焊缝跟踪系统。介绍了新型的超声波传感器的工作原理,在焊缝跟踪系统中引入了自调整比例因子Ｆｕｚｚｙ－Ｐ控制理论。在理论分析和试验的基础上,设计了焊缝跟踪Ｆｕｚｚｙ－Ｐ控制器的硬件及软件,提高了系统的响应速度和跟踪精度。     

记忆式焊缝跟踪系统

介绍了新近研制的一种可用于多层焊缝的自动焊接记忆跟踪系统，此系统在焊接第一层焊缝时能实时跟踪焊缝，同时记忆焊缝跟踪数据，此后，系统依据此记忆数据进行各层焊缝的自动跟踪工作，本系统具有新颖的二维焊缝跟踪机构及传感器，其实跟踪精度及重复跟踪精度都满足了焊接工艺的要求。     

CO2焊接超声传感焊缝自动跟踪技术

将非接触超声传感焊缝跟踪技术引入到气体保护焊中。因为保护气体不同 ,超声波信号的衰减也不同。通过试验对Ar、CO2 ,和Ar CO2 等气体对超声波信号的影响进行了研究。结果表明 ,Ar对超声波信号衰减的影响比较小 ,而CO2 对超声波信号衰减的影响比较大。不采取其它措施 ,超声波传感焊缝跟踪系统在CO2 焊接中不能正常工作。根据理论分析 ,指出在CO2 中超声波信号衰减的主要原因是“驰豫吸收”作用的影响。在CO2 超声传感焊缝跟踪中消除驰豫吸收作用的影响是非常困难的。因此 ,提出了一些物理隔离方法 ,其中之一是采用“套筒 轴流风机”的方法。它对于防止CO2气体进入超声波信号传输的空间是非常有效的。试验结果表明 ,非接触超声传感器可以应用于CO2 焊接的焊缝跟踪中 ,所研制的CO2 焊接超声传感焊缝跟踪系统能够满足实际焊接工程的需要     

一种用于窄间隙焊缝跟踪系统的多极阵列电容传感器

焊缝跟踪系统是实现智能焊接的关键技术之一,针对窄间隙焊缝中焊缝实时跟踪困难等问题,文中设计了一种基于边缘电场技术的多极阵列电容传感器,并通过结合了小波滤波与非线性映射技术的电容信号处理技术,实现了该传感器对窄间隙焊缝坡口形貌的重构.首先,建立了该传感器的数学模型,得到了多极阵列电容传感器的相关理论数值,并结合有限元仿真分析,优化了传感器结构.随后,通过电容信号处理技术实现了对传感器电容信号的提取及优化,获得了焊枪偏移及焊缝偏差信号,完成了焊缝坡口形貌重构.结果表明,多极阵列电容传感器应用于窄间隙焊缝跟踪系统是可行的,对窄间隙焊缝跟踪具有重要意义.     

The integrated intelligent system for welding seam error and penetration depth identification

A integrated intelligent system for seam tracking and penetration control is given. The system received information of welding seam error and penetration depth from only one sensor, then, it realized seam tracking and penetration control simultaneously. This paper introduces constitution of the system, methods of information recognition, design of the neuralfuzzy controller and results practically.     

Welded seam 3D calculation and seam location for welding robot system

Abstract

Using laser scanning techniques, scanning lens rotating around a laser diode and a circular laser trajectory was projected onto the surface of a weldment to detect it. Furthermore, one novel vision sensor based on the circular laser is developed. The three-dimensional (3D), circular laser based seam location sensor is investigated. On the basis of the light path system, 3D calculation algorithm is brought forward and used to locate the welded joint. After image denoise, filter, segmentation and thinning, characteristic points of the welded joint could be detected real time using a proposed vision sensor and confirmed by real experiments of butt welded joints with I groove and V groove, and lap, and fillet and ramp welded joints. The results show that circular laser based vision sensor can be used in seam locating and its calculation precision meets the requirement of seam tracking.