电弧焊接焊缝偏差方法研究.pdf

2014年2月 第42卷第3期 机床与液压 MACHINE TOOL＆HYDRAULICS Feb．2014 V01．42 No．3 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．03．033 电弧焊接焊缝偏差方法研究 黎昭郁，高向东 (广东工业大学机电工程学院，广东广州510006) 摘要：焊缝跟踪技术是自动电弧焊接的一个重要研究领域，实现精确的焊缝跟踪对于提高焊接质量具有非常重要的作 用。而要实现精确的焊缝跟踪，焊缝偏差(即焊缝中心与电弧的偏差)检测技术是一个关键。通过图像处理技术，选取熔 池图像处理区域(包括熔池前端与熔池前端部份焊缝)，并将熔池图像质心作为分析焊缝偏差的特性参量，研究利用熔池 特性参数来建立焊缝偏差测量视觉模型的方法。 关键词：焊缝偏差；图像处理；焊缝跟踪；熔池图像质心 中图分类号：TG444 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2014l 3—118—3 Research on Method of Detecting Weld Position LI Zhaoyu，GAO Xiangdong (Department of Mechanical and Electrical Engineering，Guangdong University of Technology， Guangzhou Guangdong 5 10006，China) Abstract：Seam tracking technology is an important research area in automatic arc welding，precise seam tracking has a velT im— portant role to improve the welding quality．In order to achieve precise seam tracking，the weld deviation(the deviation between the center of the weld and arc)detection technology is a key．Through image processing technology，the pool area of image processing (including the front of molten and the front—end part of the weld)was selected，and weld pool centroid was taken as the characteristics of the weld deviation，to study the method of creating the welds deviation measuring visual model using the characteristic parameters of the weld poo1． Keywords：Seam deviation；Image processing；Seam tracking；Weld pool centroid 焊缝跟踪应用传感器进行焊缝偏差检测(焊缝 偏差即电弧与焊缝中心的偏差)，并将实时获取焊缝 偏差信息反馈给控制器以驱动焊炬实时纠偏，精确的 焊缝偏差检测是保证整个系统实现准确的焊缝轨迹跟 踪的前提。由于实际焊接过程的复杂性，往往存在弧 光、飞溅以及电磁等各种不可预料的干扰，焊缝信息 往往被噪声所覆盖，这使得通过图像处理技术直接提 取焊缝信息的做法实现难度很大，且当出现“磁偏 吹”现象时，传统的检测方法将显得无能为力。文 中利用熔池图像质心特性参数来间接地推测焊缝偏 差、进而识别焊缝位置的方法，首先选取熔池的特定 区域进行了中值滤波与灰度变换处理以突出熔池及其 附近区域的特征，在此基础上提取了熔池的图像质心 坐标，问接地推测出焊缝偏差，进而识别焊缝位置信 息。 1 焊缝熔池图像及熔池处理区域的选取和处理 测定电弧弧光在200～1 100 nm区间的光谱分 布，表明在602～697 nm和922 nm以上的近红外区 域，弧光特征谱线较少，这两个区域是较为理想的取 像区域…。熔池图像质心算法的一个要点就是熔池处 理区域的选取，经试验比较选取熔池前端为处理区域 较为合适，该处理区域包含了绝大部分的熔池信息， 同时包含了熔池前端的一部分焊缝，熔池图像及处理 区域的选取如图1所示，图2为试验装置示意图。为 减弱焊接过程中的干扰，先对处理区域进行了中值滤 波处理，为增大处理区域中熔池与前端焊缝的对比 度，对图像再进行了灰度变换的图像增强处理，使得 图像更加清晰，特征明显 。 电弧 熔池 焊缝 处理 区域 图1熔池图像处理区域图 收稿日期：2013—01—20 基金项目：广东省自然科学基金资助项目(10251009001000001，9151009001000020)；顺德区信息化与工业化融合专项资金 资助项目(SDLH201101) 作者简介：黎昭郁(1972一)，男，博士研究生，从事焊缝图像处理技术的研究。E—mail：zylee1234@sohu．eom。 第3期 陈闻等：双泵交叉传感功率控制系统建模与特性分性 ·151· (3)双泵与正流量相互交叉传感功率控制特性 5 结论 分析 双泵在一定的负载下，分别对泵b设置不同的手 柄输入力，而泵a设置成正流量控制全开状态(即最 大流量状态)，得到双泵的功率吸收情况如图5(a) 所示；再对泵a、泵b均设置成不同的手柄输入力状 态，进行交叉状态分析，得到双泵功率分配如图 5(b)所示。 l一负载一，的功率 1一负载一F的功率 2一负载--F的功率 2一负载二，的功率 f ．曼 争 避 3一负载三F的功率 3一负载三，的功率 泵a； -l泵b 1 “4a II 2b J 0 ．20 I ) 20 - -泵a ． 压力／MPa 压力／MPa (a)单台泵正流量控制 (b)双泵同时正流景控 下双泵功率特性 制下双泵功率特性 图5正流量控制下的同时动作双泵功率特性 从图5(a)中可以看出，泵b正流量控制手柄 输入力变化时，其功率小于最大功率(图中直角部 分所缺面积即为功率差值)，可以实现在一定负载下 的节能指标，而此时泵a能够部分吸收泵b进入恒功 率区后(图中直角后面的弧段部分)的功率值。这 种情况对应于工程机械的双泵同时动作大流量需求与 小流量需求配合情况，例如在全速行走时工作装置的 回收等； 从图5(b)中可以看出，泵a与泵b均在正流 量控制手柄输入力下进行动作，此时，双泵功率与泵 出口流量成正比，并且，双泵均能在最大功率曲线下 方进行工作，实现系统内部的节能目标。这种情况对 应于工程机械双泵同时动作工作装置均为小流量时的 情况，例如在某一位置上的工作装置间相互配合动作 (各液压支架的同时打开等)。 文中建立了双泵交叉传感功率控制系统的数学模 型及其直观有效的AMESim模型，模型仿真结果表 明： (1)系统流量响应与手柄输入力大小成正比， 符合正流量控制规律，功率曲线在正流量控制下可以 进入最大功率曲线下方，实现节能目标； (2)在一定流量下，双泵功率吸收值大小与负 载大小成正比，负载大的泵自动吸收负载小的泵的剩 余功率，但双泵总功率保持恒定； (3)在一定的负载下，双泵可实现同时动作的 多种组合，正流量控制起作用的泵功率值小于单泵最 大功率，正流量控制全开状态泵部分吸收剩余功率。 综上所述，仿真结果得出了双泵交叉传感功率控 制系统在不同工况及参数下的响应特性，并且根据仿 真结果可以认为所建立的系统模型是比较准确的，在 今后的工作中可以将其进一步应用于各种通用的液压 系统仿真中，做为系统的动力元件，有较大的工程实 用价值。 参考文献： 【1】王炎．液压挖掘机负荷传感系统的仿真研究及节能分析 [D]．长沙：中南大学，2009． 【2】吴根茂．新编使用电液比例技术[M]．杭州：浙江大学出 版社，2006． 【3】马长林．基于AMESim的电液伺服系统仿真与优化研究 [J]．液压气动与密封，2006(1)：32—34． 【4】卢宁，付永领，孙新学．基于AMESim的双压力柱塞泵的 数字建模与热分析[J]．北京航空航天大学学报，2006 (9)：33—36． 【5】刘榛．电液比例负载敏感径向柱塞变量泵控制的研究 [D]．兰州：兰州理工大学，2005． 【6】李竟成，曹秉刚，史维祥，等．电液比例负载敏感控制径 向柱塞泵控系统研究[J]．机床与液压，2001(5)：72— 75． (上接第120页) 5结论 焊缝图像的质心偏差趋势与焊缝位置的实际偏差 趋势一致，其线性拟合比较好，焊缝图像的质心能够 反映焊缝相对于焊炬位置的变化，如果质心位置 (其偏离量大于0)右移时，焊缝相对于焊炬或电弧 向左偏移，反之亦然。在焊缝自动跟踪应用中，通过 分析焊缝图像质心的偏差，再经过一定的滤波处理和 状态估计，可以得到有效的焊缝信息，因此对焊缝图像 的质心处理方法是一种十分有效的焊缝检测方法，可以 间接得到焊缝位置，比直接获取焊缝位置的方法更加简 单，还可以减少焊缝纠偏的滞后性，其抗噪性能好， 定位精确度高，从而可以有效地提高焊缝跟踪精度。 参考文献： 【1】闫志鸿，张广军，邱美珍，等．脉冲熔化极气体保护焊熔 池图像的检测与处理[J]．焊接学报，2005，26(2)：37—40． 【2】李弼程，彭天强，彭波，等．智能图像处理技术[M]．北 京：电子工业出版社，2004． 【3】高向东，罗锡柱．一种基于图像质心的焊缝跟踪新方法 [J]．焊接学报，2003，24(6)：15—18． 【4】潘德彼浔s，纽曼罗伯特P，卡瓦纳著罗兰R．60“管理法 [M]．刘合光，等，译．北京：机械工业出版社，2001：472— 473