基于磁控电弧—激光传感器信息融合的焊缝跟踪系统研究

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1、学校代码10530学号201510161683分类号TG409密级公开硕士学位论文基于磁控电弧—激光传感器信息融合的焊缝跟踪系统研究学位申请人杨鹏昊指导教师洪波教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向焊接机器人及自动化二零一八年五月ResearchonWeldSeamTrackingSystemBasedonInformationFusionofMagnetronArc-laserSensorCandidateYangPenghaoSupervisorProf.HongBoCollegeSchoolofMecchanicalEngineeringProgramMater

2、ialProcessingEngineeringSpecializationWeldingRobotsandAutomationDegreeMasterofAcademicUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要摘要在工业4.0的大环境下，焊接自动化、智能化已成为当代企业生产的趋势。当前焊接构件的大型化已成为普遍方向，这意味窄间隙焊接的应用将日益广泛。由于窄间隙焊接在坡口处的工艺要求高，为提高企业生产效率，改善工人劳动环境，所以提高跟踪技术的精度，优化焊枪结构是目前窄间隙焊接的发展方向。因此本研究目的是优化焊枪的结构，强化跟踪性能，使得焊接

3、智能化程度更高。本文以窄间隙焊接为研究对象，通过对电弧-激光视觉检测原理与信息融合技术的研究，将磁控电弧和激光视觉采用模糊理论进行信息融合，使得采集的焊缝信息更为精确。将融合后的信息传递给MAG焊的焊缝跟踪模块后，焊接系统根据偏差信息制定轨迹规划方案，控制焊枪按照轨迹规划的路径运动，最终保证焊接焊缝的精确度和良好的侧壁融合。（1）本文通过研究磁控摆动电弧和三线激光视觉的信息采集技术，将其应用在磁控窄间隙MAG焊接跟踪上，并利用励磁磁场控制MAG焊焊弧左右偏转方向，并在一定范围内影响电弧下的焊缝熔宽范围，为复杂轨迹下的窄间隙焊接提供可行性。（2）研究视觉特征点定位方法，采用三线激光器通

4、过二维像素点坐标值与三维机械坐标值之间数学关系，通过函数转换可以提供许多信息来确定焊缝点。可以减弱因为焊接过程电弧、飞溅的干扰，减小由于弧光和飞溅噪声可能覆盖激光条纹重要部位的影响，导致焊缝特征点检测失效。为了进一步提高跟踪精度，引进模糊推断的信息融合手段。将采集到的电参数通过数据转换后，采用自适应模糊控制方法对输入输出域、模糊规则和隶属函数进行实时调整，将焊缝信息有机融合，实现了自动跟踪焊接。（3）通过研究焊缝信息，估测窄间隙坡口的焊道层数与每层的焊道数，并应用轨迹规划理论，从而我们得到理论上的偏差值。并且为减小因滞后因素带来的跟踪误差，结合焊道理论上焊缝偏差预测方案，根据焊缝运动

5、轨迹切线拟合思想和十字滑块的运动特点，应用线性拟合思想，得到焊缝运动预测信息，且仿真得到焊缝轨迹预测满足跟踪准确性。（4）通过搭建相关实验平台，验证上述信息融合后的焊缝轨迹预测理论，焊后的焊缝工艺性能表明焊缝预测效果良好，工作性能稳定，焊缝工艺良好，实时性高，符合实验预测要求。关键词：窄间隙焊缝跟踪；磁控窄间隙MAG焊；焊缝预测；轨迹规划IAbstractAbstractUndertheenvironmentcircumstanceofIndustry4.0,weldingautomationandintelligencehavebecomethetrendofproductioni

6、ncontemporarycompanies.Thecurrentincreaseinthesizeofweldedcomponentshasbecomeageneraltrend,Atpresent,thelarge-scaleweldingcomponenthasbecomeageneraltrend,whichmeansthattheapplicationofnarrowgapweldingwillbecomeincreasinglywidespread.Takingintoaccountthenarrowgapweldingprocessrequirementsatthegr

7、oove,inordertoimprovethecompany'sproductionefficiencyandthelaborenvironmentofworkers,Itiscurrentlythedevelopmenttrendofnarrowgapweldingtoimprovetheaccuracyoftrackingtechnologyandoptimizethestructureoftheweldingtorch.Therefore,thep