基于视觉传感的高效深熔锁孔TIG焊焊缝识别及熔透状态的研究
发布时间：2022-07-01 09:40
高效深熔锁孔TIG是在传统TIG焊的基础上,利用大电流产生能量密度大、挺度高、穿透力强的焊接电弧,使熔池内形成“锁孔效应”,实现中厚板焊接方法。随着视觉技术快速发展,视觉用于焊接领域范围逐步扩大。由于焊接过程中视觉传感器能获取丰富的焊缝与熔池信息,通过对这些表征焊接过程参数信息进行控制,为实现焊接过程实时预测与控制提供了基础。本文搭建了高效深熔锁孔TIG焊接系统,利用高动态范围CCD相机为核心的视觉传感检测系统分别对焊缝和熔池图像进行边缘检测。设计了一款连接焊枪与CCD相机的夹持装置,可实现多角度拍摄焊缝以及熔池图像。基于在不同钨针高度下的CCD相机标定,确定图像坐标系与物理坐标系之间转换关系。开展中厚板焊缝视觉检测系统的研究,根据焊缝特征提出合理的识别与检测算法,利用机器学习中HOG-SVM算法对焊缝位置自动识别,进而使用曲率搜索法求出焊缝边缘信息,最后对焊缝进行偏差计算。通过使用CCD相机从不同焊接方向与角度拍摄熔池图像,选择最佳拍摄视场,将采集的熔池与正面锁孔入口图像进行图像处理。从熔池特征展开分析,使用灰度变换、拟合等方法获取熔池与锁孔入口边缘信息,最后通过试验分析熔池边缘提取...
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 焊接机器人研究现状及趋势
1.3 高效深熔锁孔TIG焊接研究
1.3.1 国内外高效深熔锁孔TIG焊接研究现状
1.3.2 深熔锁孔TIG焊接机理
1.3.3 影响高效深熔锁孔TIG焊接质量的因素
1.4 焊接过程视觉传感技术
1.4.1 焊缝跟踪视觉传感系统
1.4.2 熔池视觉传感系统
1.4.3 视觉传感的熔透预测
1.5 课题来源
1.6 课题主要内容与章节安排
第二章 焊接试验系统
2.1 焊接机器人系统
2.1.1 工控机与焊接电源
2.1.2 工控机与机器人控制柜
2.1.3 工控机与视觉传感器
2.2 机器人视觉系统设计
2.2.1 视觉传感器
2.2.2 焊枪夹持装置的设计
2.3 相机标定
2.3.1 相机模型
2.3.2 摄像机标定试验
2.4 本章小结
第三章 焊缝图像处理与焊缝偏差检测
3.1 视觉图像处理步骤
3.2 电弧区域识别与特征提取
3.2.1 开窗口分析法
3.2.2 图像去噪
3.2.3 区域二值化
3.3 电弧边缘检测
3.4 焊缝识别与检测
3.4.1 HOG算法
3.4.2 支持向量机
3.4.3 部分熔池及焊缝识别
3.4.4 PCA-HOG特征方法及实验结果
3.5 焊缝特征提取算法
3.5.1 焊缝曲率搜索法
3.5.2 焊缝位置提取与矫正
3.5.3 固定区域焊缝提取
3.6 焊缝偏差检测
3.7 本章小结
第四章 熔池与锁孔入口图像的分析及处理
4.1 熔池与锁孔入口的拍摄方案
4.2 熔池与锁孔入口图像分析
4.3 图像处理流程
4.4 熔池图像处理
4.4.1 熔池图像去噪
4.4.2 熔池图像分段线性灰度变换
4.4.3 熔池边缘检测
4.4.4 熔池椭圆拟合
4.4.5 椭圆拟合处理结果
4.5 锁孔TIG焊锁孔入口图像处理
4.6 熔池与锁孔入口几何参数检测
4.6.1 熔池与锁孔入口的几何参数
4.6.2 熔池宽度精度校核
4.7 本章小结
第五章 熔池与锁孔入口几何参数的影响因素与熔透研究
5.1 焊接试验参数
5.2 焊接过程稳定前熔池与锁孔入口几何参数变化规律
5.3 焊接电流下熔池与锁孔入口几何参数与熔透变化规律
5.4 焊接参数对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.1 焊接电流对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.2 焊接速度对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.3 钨针高度对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.5 熔池与锁孔入口几何参数的熔透预测
5.5.1 BP神经网络
5.5.2 样本采集与网络设计
5.5.3 网络仿真与结果分析
5.6 本章小结
结论与展望
一、结论
二、展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接电流作用下熔池形状特征与熔透状态的关系[J]. 姜天胜,薛龙,黄军芬,黄继强,张卫义,马可. 焊接技术. 2017(11)
[2]基于激光传感器的弧焊机器人焊缝跟踪研究[J]. 韩沛文,周靖,蒋林,李家波,郭小羽. 电焊机. 2017(10)
[3]基于卷积神经网络的CO2焊接熔池图像状态识别方法[J]. 覃科,刘晓刚,丁立新. 焊接. 2017(06)
[4]基于视觉传感的焊缝跟踪技术研究现状和发展趋势[J]. 范俊峰,景奉水,方灶军. 热加工工艺. 2017(05)
[5]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[6]基于Haar特性的改进HOG的人脸特征提取算法[J]. 蒋政,程春玲. 计算机科学. 2017(01)
[7]中国机器人产业未来发展关键词——解读《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[J]. 宋慧欣. 自动化博览. 2016(09)
[8]工业机器人的研发及应用综述[J]. 孟明辉,周传德,陈礼彬,冯淼,苗纯正. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[9]从北京·埃森焊接与切割展览会看我国焊接设备发展[J]. 暴宋杰,宋金玲,李新松. 电焊机. 2016(06)
[10]Welding Deviation Detection Algorithm Based on Extremum of Molten Pool Image Contour[J]. ZOU Yong,JIANG Lipei,LI Yunhua,XUE Long,HUANG Junfen,HUANG Jiqiang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
博士论文
[1]基于正面熔池图像和深度学习算法的PAW穿孔/熔透状态预测[D]. 刘新锋.山东大学 2017
[2]基于宽动态视觉传感的GMAW机器人焊接偏差实时识别及电弧监测研究[D]. 郭波.华南理工大学 2016
[3]基于电弧声信号的CO2焊质量监控方法研究[D]. 马跃洲.兰州理工大学 2005
[4]基于视觉传感的药芯焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统[D]. 石永华.华南理工大学 2001
硕士论文
[1]我国工业机器人产业发展探究[D]. 喻一帆.华中科技大学 2016
[2]基于深度学习与SVM的电弧熔积表面缺陷检测与分类[D]. 邓星.华中科技大学 2016
[3]基于图像处理技术磁控TIG焊熔池形态研究[D]. 毕海波.南昌航空大学 2015
[4]船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究[D]. 龚成.华南理工大学 2015
[5]基于视觉传感的等离子弧焊熔透监测[D]. 任文建.山东大学 2014
[6]激光深熔焊熔池形态表征与熔透状态识别算法研究[D]. 梁剑斌.广东工业大学 2013
[7]铝合金GTAW熔池区视觉特征检测及焊缝成型控制[D]. 蔡敏.上海交通大学 2013
[8]电弧焊熔透视觉传感与识别方法研究[D]. 江良征.广东工业大学 2012
[9]基于Hough变换的图像形状特征检测[D]. 杨全银.山东大学 2009
[10]中值滤波技术在图像处理中的应用研究[D]. 朱志恩.东北大学 2008
本文编号：3654002
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 焊接机器人研究现状及趋势
1.3 高效深熔锁孔TIG焊接研究
1.3.1 国内外高效深熔锁孔TIG焊接研究现状
1.3.2 深熔锁孔TIG焊接机理
1.3.3 影响高效深熔锁孔TIG焊接质量的因素
1.4 焊接过程视觉传感技术
1.4.1 焊缝跟踪视觉传感系统
1.4.2 熔池视觉传感系统
1.4.3 视觉传感的熔透预测
1.5 课题来源
1.6 课题主要内容与章节安排
第二章 焊接试验系统
2.1 焊接机器人系统
2.1.1 工控机与焊接电源
2.1.2 工控机与机器人控制柜
2.1.3 工控机与视觉传感器
2.2 机器人视觉系统设计
2.2.1 视觉传感器
2.2.2 焊枪夹持装置的设计
2.3 相机标定
2.3.1 相机模型
2.3.2 摄像机标定试验
2.4 本章小结
第三章 焊缝图像处理与焊缝偏差检测
3.1 视觉图像处理步骤
3.2 电弧区域识别与特征提取
3.2.1 开窗口分析法
3.2.2 图像去噪
3.2.3 区域二值化
3.3 电弧边缘检测
3.4 焊缝识别与检测
3.4.1 HOG算法
3.4.2 支持向量机
3.4.3 部分熔池及焊缝识别
3.4.4 PCA-HOG特征方法及实验结果
3.5 焊缝特征提取算法
3.5.1 焊缝曲率搜索法
3.5.2 焊缝位置提取与矫正
3.5.3 固定区域焊缝提取
3.6 焊缝偏差检测
3.7 本章小结
第四章 熔池与锁孔入口图像的分析及处理
4.1 熔池与锁孔入口的拍摄方案
4.2 熔池与锁孔入口图像分析
4.3 图像处理流程
4.4 熔池图像处理
4.4.1 熔池图像去噪
4.4.2 熔池图像分段线性灰度变换
4.4.3 熔池边缘检测
4.4.4 熔池椭圆拟合
4.4.5 椭圆拟合处理结果
4.5 锁孔TIG焊锁孔入口图像处理
4.6 熔池与锁孔入口几何参数检测
4.6.1 熔池与锁孔入口的几何参数
4.6.2 熔池宽度精度校核
4.7 本章小结
第五章 熔池与锁孔入口几何参数的影响因素与熔透研究
5.1 焊接试验参数
5.2 焊接过程稳定前熔池与锁孔入口几何参数变化规律
5.3 焊接电流下熔池与锁孔入口几何参数与熔透变化规律
5.4 焊接参数对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.1 焊接电流对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.2 焊接速度对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.4.3 钨针高度对熔池与锁孔入口几何参数的影响及熔透分析
5.5 熔池与锁孔入口几何参数的熔透预测
5.5.1 BP神经网络
5.5.2 样本采集与网络设计
5.5.3 网络仿真与结果分析
5.6 本章小结
结论与展望
一、结论
二、展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接电流作用下熔池形状特征与熔透状态的关系[J]. 姜天胜,薛龙,黄军芬,黄继强,张卫义,马可. 焊接技术. 2017(11)
[2]基于激光传感器的弧焊机器人焊缝跟踪研究[J]. 韩沛文,周靖,蒋林,李家波,郭小羽. 电焊机. 2017(10)
[3]基于卷积神经网络的CO2焊接熔池图像状态识别方法[J]. 覃科,刘晓刚,丁立新. 焊接. 2017(06)
[4]基于视觉传感的焊缝跟踪技术研究现状和发展趋势[J]. 范俊峰,景奉水,方灶军. 热加工工艺. 2017(05)
[5]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[6]基于Haar特性的改进HOG的人脸特征提取算法[J]. 蒋政,程春玲. 计算机科学. 2017(01)
[7]中国机器人产业未来发展关键词——解读《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[J]. 宋慧欣. 自动化博览. 2016(09)
[8]工业机器人的研发及应用综述[J]. 孟明辉,周传德,陈礼彬,冯淼,苗纯正. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[9]从北京·埃森焊接与切割展览会看我国焊接设备发展[J]. 暴宋杰,宋金玲,李新松. 电焊机. 2016(06)
[10]Welding Deviation Detection Algorithm Based on Extremum of Molten Pool Image Contour[J]. ZOU Yong,JIANG Lipei,LI Yunhua,XUE Long,HUANG Junfen,HUANG Jiqiang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
博士论文
[1]基于正面熔池图像和深度学习算法的PAW穿孔/熔透状态预测[D]. 刘新锋.山东大学 2017
[2]基于宽动态视觉传感的GMAW机器人焊接偏差实时识别及电弧监测研究[D]. 郭波.华南理工大学 2016
[3]基于电弧声信号的CO2焊质量监控方法研究[D]. 马跃洲.兰州理工大学 2005
[4]基于视觉传感的药芯焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统[D]. 石永华.华南理工大学 2001
硕士论文
[1]我国工业机器人产业发展探究[D]. 喻一帆.华中科技大学 2016
[2]基于深度学习与SVM的电弧熔积表面缺陷检测与分类[D]. 邓星.华中科技大学 2016
[3]基于图像处理技术磁控TIG焊熔池形态研究[D]. 毕海波.南昌航空大学 2015
[4]船舶制造爬行式焊接机器人控制系统的研究[D]. 龚成.华南理工大学 2015
[5]基于视觉传感的等离子弧焊熔透监测[D]. 任文建.山东大学 2014
[6]激光深熔焊熔池形态表征与熔透状态识别算法研究[D]. 梁剑斌.广东工业大学 2013
[7]铝合金GTAW熔池区视觉特征检测及焊缝成型控制[D]. 蔡敏.上海交通大学 2013
[8]电弧焊熔透视觉传感与识别方法研究[D]. 江良征.广东工业大学 2012
[9]基于Hough变换的图像形状特征检测[D]. 杨全银.山东大学 2009
[10]中值滤波技术在图像处理中的应用研究[D]. 朱志恩.东北大学 2008
本文编号：3654002
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3654002.html
