基于视觉反馈的铝合金双弧脉冲MIG焊过程熔宽控制

摘要

随着轻质铝合金材料在整车框架制造、天空飞行器、交通运输产业等高新技术产业中的广泛应用，同时对铝合金焊接的工件质量和自动化水平要求也越来越高。双弧脉冲MIG焊以其能量输入低效率高的优点，在铝合金等对热输入敏感金属的焊接中备受青睐。但是由于铝合金热积累作用强的特性，导致在焊接过程中焊缝的宽度会随焊接持续时间变长而逐渐变宽，甚至焊穿母材。本文在保证焊接过程稳定的基础上，对焊接过程中如何保持焊缝宽度均匀一致进行了研究。
　　搭建了基于LabVIEW的模块化的焊接自动化系统，通过该系统可以任意选取采集不同模块对应下焊接时的各种传感信息，可快速切换实现不同的焊接工艺，该系统具有响应速度快、焊接过程实时调节、控制算法模块开发快速等优点。借助该平台的搭建为后续的熔池图像处理、控制算法的实现以及熔宽控制奠定了基础。
　　试验选用以直接视觉传感为反馈的熔宽控制系统，因此需要对实时采集到的熔池图像进行分析，为此编写了一套视觉处理系统。在该图像处理系统的基础上，运用形态学算法对实时采集到的焊接熔池图像进行了阈值的选取、灰值化、滤波、腐蚀、膨胀、边缘提取等操作，获得了较为准确清晰的熔池图像信息，为后续进行熔池的熔宽控制奠定了基础。
　　针对双弧脉冲MIG焊过程的焊接参数对熔宽的变化规律进行了研究。设计了以视觉传感为反馈量，以送丝速度为控制变量的双弧脉冲MIG焊熔宽控制系统，采用增量式PID控制器进行了双弧脉冲MIG焊的熔宽控制试验，获得了较为均匀一致的焊缝且试验的控制效果较好。但是，送丝速度的控制范围过窄。同时经试验分析发现电流对于热量的控制比送丝速度更为直接且明显，最后本文初步尝试在双弧脉冲焊接平台的基础上对主路进行了可变双脉冲MIG焊的熔宽控制试验，在模糊控制算法下获得了较为均匀的鱼鳞纹焊缝。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2焊接视觉传感的国内外研究现状

1.3双弧脉冲MIG焊的提出及工作原理

1.4双弧脉冲MIG的控制现状

1.5本文的研究内容与技术路线

第2章 双弧脉冲MIG焊试验系统

2.1双弧脉冲MIG焊硬件系统

2.1.1焊接系统的选型

2.1.2采集卡与传感器等器件选型

2.1.3图像采集系统选型

2.2双弧脉冲MIG焊软件系统

2.2.1 LabVIEW概述

2.2.2基于LabVIEW的试验系统

2.3本章小结

第3章 铝合金双弧脉冲MIG焊熔池图像处理

3.1熔池图像的预处理

3.1.1采样帧的选择

3.1.2图像的灰值化

3.1.3图像的滤波处理

3.2熔池图像处理

3.2.1使用形态学方法进行熔池图像的处理

3.2.2焊接熔池特征提取

3.3本章小结

第4章 铝合金双弧脉冲MIG焊过程熔宽控制

4.1焊接参数对熔宽的影响规律

4.1.1焊接速度对熔宽的影响

4.1.2送丝速度对熔宽的影响

4.1.3主路电流对熔宽的影响

4.1.4旁路电流对熔宽的影响

4.1.5试验小结

4.2双弧脉冲MIG焊过程熔宽控制

4.2.1增量式PID控制器设计

4.2.2双弧脉冲MIG焊熔宽控制试验

4.2.3试验小结

4.3双脉冲MIG焊过程熔宽控制

4.3.1双脉冲MIG焊的提出和工作原理

4.3.2模糊控制器设计

4.3.3双脉冲MIG焊熔宽控制试验

4.3.4试验小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢