CO2气体保护焊焊缝自动跟踪系统研制

论文摘要

焊接是制造业中不可或缺的一种技术,为了提高焊接质量,提高生产效率,节省人力,国内外焊接工作者一直在不断地采取各种方法进行研究,以实现焊接过程的自动化。实现焊接过程的自动化关键是研制一套高效率的焊缝自动跟踪系统。焊缝自动跟踪系统由三部分组成:传感器、控制器、执行机构。焊缝跟踪系统中传感器是最重要的组成部分,应用于焊缝自动跟踪系统中的传感器主要包括:电子式、光学式、电弧式和电磁感应式。而在焊缝跟踪系统的主要技术是焊缝的检测和控制算法。本文概述了国内外焊缝自动化跟踪技术发展的状况和趋势,从生产实际对焊缝跟踪系统的技术要求出发,详细分析了电弧传感器和视觉传感器相结合的以工控机为构架的一个综合焊缝自动跟踪系统。在基于电弧传感器的焊缝跟踪系统中,用电流互感器、放大器和数据采集卡搭建成采集电路以采集焊接电流信号,在对电流信号的处理和分析中,运用了传统的信号分析处理方法傅立叶变换和新兴的信号分析处理方法小波变换,通过比较两种方法的优劣以求得到更高精度和更方便的方法。在基于视觉传感器的焊缝跟踪系统中,以VC为平台开发的一套焊缝跟踪系统。该系统主要包括建立了图像采集功能,完成了对焊缝图像的灰度转换、平滑、二值化、边缘检测、图像细化,最终通过HOUGH变换提取出焊缝的边缘,获取焊缝中心。并通过对获取的焊缝中心做了焊枪的运动仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 前言
• 1.1 国内外焊缝自动跟踪技术发展概况
• 1.2 课题的来源和意义
• 1.2.1 课题的来源
• 1.2.2 课题的意义
• 1.3 课题研究内容
• 第二章 系统组成方案分析
• 2.1 系统的组成
• 2.2 焊缝自动跟踪系统的传感器
• 2.2.1 直接式传感器
• 2.2.2 间接式传感器
• 2.3 焊缝自动跟踪系统的控制方法
• 2.3.1 经典控制方法
• 2.3.2 焊缝跟踪的模糊控制方法
• 2.3.3 焊缝跟踪的其他控制方法
• 2.4 焊缝自动跟踪系统的控制器架构
• 2.4.1 工控机架构
• 2.4.2 PLC＋MCU 架构
• 2.4.3 DSP＋FPGA＋MCU 架构
• 2.6 系统方案确定
• 第三章 焊缝自动跟踪系统的执行机构分析
• 3.1 X 轴机构
• 3.1.1 X 轴传动机构
• 3.1.2 X 轴导向机构
• 3.2 Z 轴机构
• 3.3 焊枪摆动机构设计
• 3.3.1 连杆摆动机构
• 3.3.2 齿轮摆动机构
• 3.3.3 直接实现摆动机构
• 3.4 机构三维示意图
• 3.5 本章小结
• 第四章 电弧传感器的研制
• 4.1 电弧传感器原理
• 4.1.1 上下动作的控制
• 4.1.2 横向跟踪
• 4.2 焊接参数特征信息提取
• 4.3 电弧传感器信号采集电路的搭建
• 4.3.1 电流传感器
• 4.3.2 运算放大器
• 4.3.3 数据采集卡
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于电弧传感器焊接法兰时实验及结果分析
• 5.1 信号采集实验
• 5.2 电流信号的采集
• 5.3 焊接电流信号的分析与处理
• 5.3.1 信号滤波原理
• 5.3.2 用冲击响应不变法设计数字低通滤波器
• 5.4 基于小波变换方法的电流信号分析
• 5.4.1 小波变换原理
• 5.4.2 基于matlab 的小波变换对信号去噪
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于视觉传感器焊接桥壳时焊缝跟踪系统研制
• 6.1 基于视觉传感器的焊缝跟踪系统结构
• 6.1.1 视觉传感器
• 6.1.2 图像处理
• 6.2 基于视觉传感器的焊缝自动跟踪系统功能
• 6.3 基于VC6 开发平台的界面设计
• 6.3.1 MFC 方法研究
• 6.3.2 界面设计
• 6.4 基于VFW 方法的图像采集
• 6.4.1 VFW 简介
• 6.4.2 VFW 函数库
• 6.4.3 VFW 在本设计中的应用
• 6.5 本章小结
• 第七章 焊缝的图像处理及纠偏运动仿真
• 7.1 图像有关基本概念介绍
• 7.2 焊缝图像预处理
• 7.2.1 原始图像转灰度图
• 7.2.2 图像平滑
• 7.3 图像分割与边缘检测
• 7.3.1 图像分割定义
• 7.3.2 灰度阈值法分割
• 7.3.3 图像的边缘检测
• 7.4 图像细化
• 7.5 焊缝位置识别-Hough 变换
• 7.5.1 Hough 变化原理
• 7.5.2 改进的Hough 变换
• 7.6 焊枪纠偏运动仿真
• 7.7 本章小结
• 第八章 全文工作总结及展望
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 后续工作及展望
• 8.3 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文