基于激光视觉的不锈钢GTAW焊缝成形控制

论文摘要

焊缝成形好坏是影响焊接质量的重要因素之一,要获得良好的焊缝成形,需根据坡口几何尺寸,选用合适的工艺参数。传统的焊接设备,主要依靠操作人员对焊接参数进行人工在线调整,以适应坡口尺寸的变化,调整难度较大,可重复性差。采用激光视觉传感器检测焊缝特征,根据检测结果实时调节焊接工艺参数,能够很好的解决该问题。本文以不锈钢GTAW焊为研究对象,对基于激光视觉传感的焊缝成形控制相关技术进行了研究。首先建立了基于MDK的焊缝特征检测系统。根据结构光激光条纹的特点,使用中值滤波、阈值分割、改进的灰度重心法、线性插值等一系列图像处理算法,从原始激光图像中提取出条纹中心线,采用斜率分析法提取焊缝特征点后,计算出坡口面积、坡口间隙等几何特征量。在弧光背景下对标准加工坡口进行检测,试验表明系统可靠性好,检测精度满足要求。在此基础上设计了由PC机、多功能数据采集卡、隔离器、继电器等构成的焊接参数控制系统。根据GTAW工艺特点选择了焊接电流、送丝速度、焊接速度作为控制参数,对现有的焊接电源、送丝机和行走平台进行了改造以达到计算机控制的要求,使用多功能数据采集卡输出数字开关量对引弧、送丝、行走进行控制,输出电压模拟量调节控制参数,并分别对输出电压与各个控制参数之间的关系进行了标定。研究了工艺参数对焊缝成形的影响,从实际应用考虑,选用了查询表格的焊接参数控制方法,通过试验确定了不同坡口尺寸304不锈钢对接的合适工艺参数,建立了焊接参数表。最后,使用C++编程语言,基于面向对象和模块化的设计方法对系统软件进行了开发。使用所开发的系统对变坡口工件进行焊接,对比试验表明,系统能够根据坡口几何尺寸的变化调节焊接参数,通过改变填充金属量控制焊缝成形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 激光视觉传感技术概述
• 1.2.1 结构光法
• 1.2.2 激光扫描法
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 基于激光视觉传感的焊缝成形控制系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统工作原理及方案设计
• 2.3 系统硬件设计
• 2.3.1 系统硬件构成
• 2.3.2 系统硬件抗干扰设计
• 2.3.3 系统硬件设备标定
• 2.4 系统软件设计
• 2.4.1 系统软件流程
• 2.4.2 系统软件功能模块
• 2.5 本章小结
• 第3章 坡口几何特征检测
• 3.1 引言
• 3.2 焊缝激光条纹图像处理
• 3.2.1 加窗处理
• 3.2.2 图像滤波
• 3.2.3 阈值分割
• 3.2.4 中心线提取
• 3.2.5 平滑处理
• 3.3 坡口几何特征提取
• 3.3.1 特征点提取
• 3.3.2 特征点标定
• 3.3.3 特征量计算
• 3.3.4 数字滤波
• 3.4 试验验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 不锈钢GTAW 焊缝成形控制
• 4.1 控制方案与控制参数选择
• 4.1.1 控制方案选择
• 4.1.2 控制参数分析
• 4.2 焊接参数表建立
• 4.2.1 试验材料与试验准备
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 试验验证
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢