关键词:
管道全位置焊接
机器视觉
非线性回归
控制系统
焊缝成形
摘要:
焊接作为一种工业连接方式,在大型金属设备和管道焊接基础建设工程项目中,发挥重大作用。在管道焊接领域,无论是传统手工焊接,还是半自动化焊接,都面临着劳动强度大,焊接效率低的问题。针对以上问题,开发了一套基于机器视觉与非线性回归的全位置焊接控制系统,旨在改善焊接质量,提高焊接效率,降低人工作业负荷。首先,确定“工控机”+“PLC”+“触摸屏”的系统框架,设计包括视觉模块、无线模块、控制模块和执行模块的系统整体方案。利用工控机处理图像信息,实现焊缝跟踪纠偏量的计算,通过PLC控制执行模块如焊接机器人和数字化焊机的动作,采用触摸屏作为数据显示和指令传输的载体,实现人机交互功能。其次,建立了焊接影响因素与焊接工艺参数之间关系的数学模型。通过分区试验的方法,验证了当固定焊接参数时,熔池流动受重力影响,在同一管道的不同位置呈现形态不同,而在不同管道的同一位置呈现出相似形态。本文根据不同焊接位置的特点将整个管道细分为16个区域,试验证明焊接电流I、焊接电压U和焊机机器人爬行速度V对熔池形态及焊缝成形影响较大,并拟合出上述三个参数与待焊工件焊层宽度d、焊层高度h和焊接机器人爬行角之间的函数方程。再次,设计了获得焊缝坡口拐点坐标的图像处理算法。其处理流程如下:第一步,依据焊缝图像干扰噪声的特点,先通过维纳滤波方法在不破坏图像边缘信息的前提下去除高频噪声信号,然后采用均值滤波方法平滑图像处理高斯噪声,并利用冲击滤波方法获得清晰的图像边缘;第二步,设计聚类算法,进一步获取图像中的有效特征信息,提高精度;第三步,采用拟合方法将上一步提取到的图像特征点拟合成直线段,并计算出图像中焊缝的高度和宽度。最后,设计了管道全位置焊接机器人样机,并搭建了焊接试验平台。视觉模块、无线模块、控制模块和执行模块协调配合,实现了全位置自主焊接。焊接试验结果显示,焊缝高度和宽度偏差分别小于0.5mm、0.2mm,满足焊接精度要求。本课题对管道全位置焊接控制技术进行了研究,开发了全位置焊接控制系统。该系统实现了焊接全过程工艺参数的柔性控制,试验结果表明,本系统在优化管道焊接质量,提高焊接效率方面表现良好,焊接表面成型稳定,具有良好的工程现场焊接应用前景。