文档介绍：广东工业大学
硕士学位论文
焊缝跟踪Kalman滤波状态估计应用研究
姓名:陈永平
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:高向东
20060501
摘要展,焊接技术将愈来愈显示出它的重要性,而研究和发展焊缝跟踪技术是实现自视觉传感法在焊缝跟踪系统中应用广泛,通常都是在摄取焊接时的焊缝信息之后进行图像滤波降噪提取焊缝边缘,再对得到的焊缝信息控制跟踪器跟踪焊缝。而基于质心检测的焊缝跟踪方法正是针对传统方法所存在的弧光干扰、导前与传统方法直接提取焊缝信息不同,基于质心检测的焊缝跟踪方法分析整个焊接区域并提取熔池图像特征,将熔池图像质心作为基本检测量。通过建立图像跟踪的影响,从而实现精确的焊缝跟踪自动控制。本文从理论上分析了焊接过程中焊炬的运动,构造出状态向量,建立了基于较好的初值选择。到了考察及定量的分析,证明了其在以质心为检测量的焊缝跟踪系统的应用价从理论上进一步分析了导前误差产生的原因,通过引进滤波的一步焊接是制造业中非常重要的加工工艺方法之一。随着我国现代化建设的发动化、智能化焊接的前提,是保证焊接质量、提高生产效率和改善劳动条件的重要手段。误差等固有缺陷所提出的。质心状态方程及测量方程,应用卡尔曼滤波去除系统过程噪声和测量噪声的干扰,准确获取质心当前时刻估计值,从而得到跟踪系统的控制信号。利用卡尔曼滤波的预测功能,提供下一时刻的预测值作为跟踪系统的参考,减小导前误差对熔池图像质心的系统状态方程与测量方程;通过建立仿真系统,利用仿真试验在理论上论证了在焊接过程中应用基于图像质心的卡尔曼滤波算法的可行性;以焊接工艺试验为基础,检验了在焊接过程中应用卡尔曼滤波的效果,分析了应用过程中存在的问题并提出了解决措施。采取多次处理试验质心数据加以分析,得到焊接工艺试验结果证明,滤波可以有效去除系统过程噪声和测量噪声。在充分试验的基础上,滤波应用效果以滤波误差及协方差的形式得值。预测功能,提出了有效解决导前误差的新方法,并通过焊接工艺试验加以验证。
￡查三些查兰堡圭兰堡篁三关键词:图像质心;焊缝跟踪;滤波;试验验证
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第一章绪论课题背景焊接是制造业中非常重要的加工工艺方法之一。随着我国现代化建设的发展,焊接技高,传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造质量和数量上的要求,焊接制造工艺在手工和半自动焊接过程中,对于一个有经验的焊工,通过直接观察接头的位置、熔池的行为、电弧形状及焊道外形,可以感知焊接的状态。如果感觉到实际焊接过程中同最电弧贾斩宰即负阜斓奈侍狻Q芯亢头⒄购阜旄偌际跏鞘迪肿远⒅悄芑附拥在现行自动电弧焊生产中,大多数情况下需要靠焊工全程监视焊接过程,人工调整电工无法完成的。弧焊机器人是高度机械化的焊接机,但目前的大多数仍为示教再现机器人,跟踪,是实现焊接自动化的前沿课题,也是焊接生产中,为提高焊接质量,改善劳动条件,提高生产率而需要解决的重大实际问题。从压力容器和管道的焊接生产到高科技的弧焊机器人都对焊接自动跟踪技术有很迫切的要求。能消耗很大,而且焊接现场的空气污染、电磁污染和强烈的弧光辐射会对工人的健康造成危害。采用自动化、机器人化的焊接系统是将人从手工焊接的恶劣环境中解放出来的根本途径。在发达国家,手工焊接仍占%左右,而在我国则高达%以上。未来这一部分由术将愈来愈显示出它的重要性,人们对于焊接的质量、应用、操作和经济性的要求越来越正经历着从手工焊到自动焊的过渡。佳状态不一致,可以通过调节各参数使之达到最佳状态,以获得高质量的焊缝。手工焊接的场合依靠人的眼睛和手的配合来跟踪焊缝,而实现焊接自动化也需要解决焊接熔池前提,是保证焊接质量,改善工人的劳动条件,提高生产效率的重要手段⋯:Vず附又柿弧位置,保证电弧对中接缝驴,劳动强度大,对中质量也难以保证。对于重要的结构,高速的焊接,恶劣的条件呶略と取⑺隆⒎派湫曰肪,对中问题更为突出,有时是人机器人只能简单重复示教的轨迹和动作。但实际生产中,坡口状况、加工误差、夹具装夹、工件热变形等常发生变化,超过允许值就产生焊偏Ⅲ。因此,如何实现电弧对接缝的自动纳坪附庸と斯ぷ魈跫由于焊接过程产生强烈的热、烟尘和弧光,导致现场工作环境非常恶劣,对工人的体手工操作的焊接工作将由自动化焊接装置来完成。由此可见,自动焊接装置和工业机器人
,而采用焊缝自动跟踪系统的自动焊接系统又可大大提高焊接生产效率。这是因为与示教型和程序控制焊接系统相比,它省去了繁重的示教工作或事先的编程工作,也降低