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激光焊接路徑跟蹤卡爾曼濾波預(yù)測(cè)算法研究

發(fā)布時(shí)間:2016-11-29 07:43

  本文關(guān)鍵詞:中國(guó)焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展回顧,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《廣東工業(yè)大學(xué)》 2011年

激光焊接路徑跟蹤卡爾曼濾波預(yù)測(cè)算法研究

仲訓(xùn)杲  

【摘要】:精確控制激光束使其始終對(duì)準(zhǔn)并跟蹤焊縫是保證激光焊接質(zhì)量的前提,以匙孔效應(yīng)為機(jī)理的激光深熔焊由于激光束光斑直徑小,對(duì)焊縫間隙大小敏感,導(dǎo)致精確控制激光束對(duì)準(zhǔn)并跟蹤焊縫路徑十分困難。為此,實(shí)現(xiàn)跟蹤任務(wù)必須首先實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫路徑相對(duì)于激光束的位置偏差;而基于視覺(jué)傳感的焊縫識(shí)別是目前最先進(jìn)最具有代表的一種傳感技術(shù)。 論文不同于傳統(tǒng)方法通過(guò)CCD(Charge Coupled Device)視覺(jué)傳感器直接拍攝熔池前端焊縫圖像,利用圖像處理技術(shù)檢測(cè)焊縫邊緣信息得到焊縫坡口中心位置;而是采用高速紅外視覺(jué)傳感法,設(shè)計(jì)一種新型焊縫偏差測(cè)量方法。通過(guò)高速視覺(jué)傳感器獲取熔池紅外圖像序列,依據(jù)激光束偏離焊縫時(shí)熔池紅外輻射定理,研究熔池在焊接過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,結(jié)合圖像處理方法,提取熔池與匙孔形態(tài)特征參數(shù)作為焊縫偏差的測(cè)量信息,試驗(yàn)證明這一方法能體現(xiàn)激光束偏離焊縫的實(shí)際情況。 其次,針對(duì)目前焊縫跟蹤技術(shù)缺乏無(wú)坡口焊縫識(shí)別能力與焊縫偏差預(yù)測(cè)功能,本文重點(diǎn)研究一種基于Kalman濾波的系統(tǒng)狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)方法,建立焊縫路徑與激光束偏差實(shí)時(shí)測(cè)量與跟蹤的預(yù)測(cè)模型,研究Kalman濾波實(shí)現(xiàn)焊縫預(yù)測(cè)跟蹤新方法。 工藝試驗(yàn)以大功率光纖激光焊接304不銹鋼為試驗(yàn)對(duì)象,研究在色噪聲環(huán)境下應(yīng)用Kalman濾波最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)預(yù)測(cè)激光束與焊縫路徑偏差。從紅外熔池?zé)嵯裰刑崛『缚p位置參數(shù)并構(gòu)成狀態(tài)向量,建立基于焊縫位置參數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和焊縫位置測(cè)量方程。文中分別研究了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)噪聲和傳感器測(cè)量噪聲為色噪聲時(shí),通過(guò)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)變量和增廣測(cè)量方法建立了色噪聲環(huán)境下的Kalman濾波算法,算法對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì),得到最小均方差條件下的焊縫偏差最優(yōu)預(yù)測(cè)值,現(xiàn)實(shí)消除系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲對(duì)焊縫偏差測(cè)量的影響。試驗(yàn)結(jié)果證明帶預(yù)測(cè)功能的新方法可有效抑制色噪聲干擾并能夠提高焊縫跟蹤精度。 最后,研究了過(guò)程噪聲與測(cè)量噪聲統(tǒng)計(jì)特性的不確定性對(duì)焊縫跟蹤帶來(lái)的影響,提出了一種補(bǔ)償噪聲統(tǒng)計(jì)不確定性帶來(lái)的濾波誤差的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。在不同工藝試驗(yàn)條件下驗(yàn)證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有利于提高濾波精度與穩(wěn)定性,可抑制濾波發(fā)散。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2011
【分類(lèi)號(hào)】:TG456.7
【目錄】:

  • 摘要4-5
  • Abstract5-13
  • 第一章 緒論13-25
  • 1.1 課題背景13-14
  • 1.1.1 焊縫跟蹤的重要13
  • 1.1.2 焊縫識(shí)別與跟蹤的復(fù)雜性13-14
  • 1.1.3 焊接自動(dòng)化的需求14
  • 1.2 激光焊接及其特征14-17
  • 1.2.1 激光焊接原理14-16
  • 1.2.2 激光深熔焊特征16-17
  • 1.3 基于視覺(jué)傳感的焊縫識(shí)別技術(shù)研究概況17-20
  • 1.3.1 焊縫幾何特征直接視覺(jué)傳感檢測(cè)18-19
  • 1.3.2 間接特征視覺(jué)傳感焊縫檢測(cè)19-20
  • 1.4 國(guó)內(nèi)外焊縫跟蹤控制方法研究概況20-23
  • 1.4.1 經(jīng)典PID控制21-22
  • 1.4.2 自適應(yīng)控制22
  • 1.4.3 智能控制22-23
  • 1.5 課題研究目標(biāo)和主要內(nèi)容23-24
  • 1.6 本章小結(jié)24-25
  • 第二章 激光焊接試驗(yàn)系統(tǒng)及焊縫特征參數(shù)提取25-41
  • 2.1 引言25
  • 2.2 試驗(yàn)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)25-33
  • 2.2.1 大功率光纖激光發(fā)射器26-28
  • 2.2.2 激光焊接頭28-29
  • 2.2.3 高速攝像機(jī)與濾波系統(tǒng)29-32
  • 2.2.4 工作臺(tái)32-33
  • 2.3 焊接工藝試驗(yàn)方案33-35
  • 2.4 基于熔池紅外熱像焊縫信息提取35-40
  • 2.4.1 直接焊縫位置識(shí)別35-37
  • 2.4.2 基于匙孔形態(tài)焊縫偏差提取37-40
  • 2.5 本章小結(jié)40-41
  • 第三章 卡爾曼濾波焊縫預(yù)測(cè)跟蹤建模與試驗(yàn)研究41-55
  • 3.1 引言41
  • 3.2 Kalman濾波預(yù)測(cè)跟蹤研究概況41-42
  • 3.3 基于最優(yōu)估計(jì)的Kalman濾波焊縫跟蹤模型42-46
  • 3.3.1 kalman濾波焊縫跟蹤算法42-44
  • 3.3.2 建立系統(tǒng)狀態(tài)方程與焊縫位置測(cè)量方程44-46
  • 3.4 Kalman濾波焊縫跟蹤試驗(yàn)研究46-54
  • 3.4.1 焊接工藝試驗(yàn)提取焊縫位置參數(shù)46-47
  • 3.4.2 Kalman濾波處理及結(jié)果分析47-54
  • 3.5 本章小結(jié)54-55
  • 第四章 色噪聲卡爾曼濾波焊縫預(yù)測(cè)跟蹤算法55-67
  • 4.1 引言55
  • 4.2 焊接色噪聲數(shù)學(xué)建模55-57
  • 4.3 色噪聲下Kalman濾波焊縫跟蹤建模57-61
  • 4.3.1 過(guò)程色噪聲Kalman濾波算法57-58
  • 4.3.2 測(cè)量色噪聲Kalman濾波算法58-61
  • 4.4 色噪聲Kalman濾波焊縫跟蹤試驗(yàn)比較分析61-66
  • 4.5 本章小結(jié)66-67
  • 第五章 卡爾曼濾波焊縫路徑跟蹤穩(wěn)定性試驗(yàn)研究67-90
  • 5.1 引言67
  • 5.2 Kalman濾波算法焊縫跟蹤穩(wěn)定性分析67-77
  • 5.2.1 噪聲統(tǒng)計(jì)不確定性對(duì)濾波的影響67-68
  • 5.2.2 噪聲統(tǒng)計(jì)不確定性Kalman濾波焊縫跟蹤試驗(yàn)分析68-77
  • 5.3 Kalman濾波算法穩(wěn)定性改進(jìn)77-85
  • 5.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償Kalman濾波模型78-80
  • 5.3.2 RBF-KF算法焊縫跟蹤試驗(yàn)80-82
  • 5.3.3 RBF-KF算法斂散性分析82-85
  • 5.4 RBF-KF算法焊縫偏差濾波驗(yàn)證85-89
  • 5.4.1 提取焊縫偏差測(cè)量值85-87
  • 5.4.2 RBF-KF算法焊縫偏差濾波試驗(yàn)分析87-89
  • 5.5 本章小結(jié)89-90
  • 總結(jié)與展望90-92
  • 參考文獻(xiàn)92-98
  • 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文98
  • 攻讀學(xué)位期間獲獎(jiǎng)情況98-100
  • 致謝100-101
  • 附錄101-106
  • 附錄1 焊縫偏差提取Matlab程序101-102
  • 附錄2 過(guò)程色噪聲Kalman濾波算法Matlab程序102-104
  • 附錄3 測(cè)量色噪聲Kalman濾波RBF補(bǔ)償算法Matlab程序104-106
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    【引證文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

    1 劉英英;高向東;;大功率光纖激光焊焊縫偏差檢測(cè)方法[J];現(xiàn)代焊接;2012年10期

    2 陳曉紅;游林儒;劉少君;;基于機(jī)器視覺(jué)的影像測(cè)量?jī)x自動(dòng)尋邊技術(shù)研究[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2013年02期

    【參考文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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    2 高向東,羅錫柱;一種基于圖像質(zhì)心的焊縫跟蹤新方法[J];焊接學(xué)報(bào);2003年06期

    3 葛景國(guó),饒德林,朱政強(qiáng),陳立功;焊管縱縫實(shí)時(shí)焊縫跟蹤的機(jī)器視覺(jué)方法[J];焊接學(xué)報(bào);2003年06期

    4 葉建雄;張華;;機(jī)器人焊縫跟蹤的FUZZY-PID控制[J];焊接學(xué)報(bào);2005年11期

    5 馮音琦;黃民雙;黃軍芬;蔣力培;;三維焊縫圖像傳感技術(shù)[J];焊接學(xué)報(bào);2006年08期

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    7 鄒怡蓉;吳哲明;曾凱;都東;;基于焊縫紋理特征的視覺(jué)識(shí)別方法[J];焊接學(xué)報(bào);2009年05期

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    【共引文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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    2 馬志華;陳東高;譚兵;王法科;任寶輝;李娜;;5052鋁合金CO_2激光-MIG復(fù)合焊接工藝對(duì)焊縫成形的影響[J];兵器材料科學(xué)與工程;2012年02期

    3 張李方;程錦房;何希盈;;矢量水聽(tīng)器與Kalman濾波在水雷引信中的應(yīng)用[J];兵工自動(dòng)化;2008年12期

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    6 林雪原;;基于交互式多模型的多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)[J];兵工自動(dòng)化;2011年06期

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    9 劉明雍;胡俊偉;李聞白;;一種基于改進(jìn)無(wú)跡卡爾曼濾波的自主水下航行器組合導(dǎo)航方法研究[J];兵工學(xué)報(bào);2011年02期

    10 徐燁烽;仇海濤;何孟珂;孟慶季;;MEMS旋轉(zhuǎn)調(diào)制式航姿參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償[J];兵工學(xué)報(bào);2011年06期

    中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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    2 李春進(jìn);李明峰;常小林;;基于卡爾曼濾波的公路施工控制點(diǎn)穩(wěn)定性分析[A];江蘇省測(cè)繪學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

    3 楊曉霞;黃一;;外場(chǎng)標(biāo)定條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)可觀測(cè)性分析[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

    4 張亞崇;;容錯(cuò)導(dǎo)航技術(shù)及其在INS/GPS/Doppler組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

    5 牟玉濤;方海濤;;捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)車(chē)載環(huán)境下的初始對(duì)準(zhǔn)方法[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專(zhuān)業(yè)委員會(huì)B卷[C];2011年

    6 王圣潔;康鳳舉;韓翃;;AUV組合導(dǎo)航半實(shí)物仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[A];2011'中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

    7 郭建軍;謝攀;劉娟;崔海英;;基于聯(lián)邦濾波的遠(yuǎn)程AUV組合導(dǎo)航方法研究[A];2011'中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

    8 彭東立;馬海濤;許偉杰;;DVL在組合導(dǎo)航技術(shù)中的發(fā)展應(yīng)用[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)水聲學(xué)分會(huì)2011年全國(guó)水聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

    9 王海紅;鄭晉軍;何善寶;初海彬;韓治剛;李長(zhǎng)江;;基于上注星歷導(dǎo)航衛(wèi)星分布式自主定軌系統(tǒng)[A];第二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集[C];2011年

    10 宋會(huì)杰;屈俐俐;;自適應(yīng)Kalman濾波在鐘差數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[A];第三屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集——S04原子鐘技術(shù)與時(shí)頻系統(tǒng)[C];2012年

    中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

    1 劉鳳鳴;重力梯度輔助導(dǎo)航定位技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

    2 王小旭;非線性SPKF濾波算法研究及其在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

    3 張濤;GPS/SINS超緊密組合導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

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    9 李鶴喜;基于視覺(jué)反饋的焊接機(jī)器人自主示教關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

    10 彭富清;海洋重力輔助導(dǎo)航方法及應(yīng)用[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

    中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

    1 趙大為;空間熱循環(huán)和輻照環(huán)境對(duì)LF6鋁合金焊接組織及性能的影響[D];河南理工大學(xué);2010年

    2 廖家平;基于光電傳感器的智能焊縫跟蹤系統(tǒng)的研究[D];南昌航空大學(xué);2010年

    3 鄭莉;DSP在集裝箱加強(qiáng)板焊接定位系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];山東科技大學(xué);2010年

    4 郭鳳華;基于卡爾曼濾波的高精度磷酸根離子分析儀的設(shè)計(jì)[D];鄭州大學(xué);2010年

    5 郭靜;光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

    6 張斌;基于MIMU的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

    7 苑海靜;船用MEMS航姿測(cè)量系統(tǒng)算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

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    【同被引文獻(xiàn)】

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    中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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    【二級(jí)引證文獻(xiàn)】

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    【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

    中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

    1 王偉,鄒奇仕,朱六妹,宋國(guó)軍;視覺(jué)傳感焊縫跟蹤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及實(shí)施方案探討[J];電焊機(jī);2002年05期

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    【相似文獻(xiàn)】

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    中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

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    2 李新梅;Super304H奧氏體鋼焊接接頭組織與性能研究[D];山東大學(xué);2010年

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    中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

    1 張立紅;基于磁記憶參數(shù)的焊縫可靠性評(píng)價(jià)[D];東北石油大學(xué);2012年

    2 王玉富;基于機(jī)器視覺(jué)的核電高壓容器焊縫磨削軌跡智能檢測(cè)技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2010年

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    7 陳誠(chéng);管道自動(dòng)焊接中焊縫檢測(cè)和焊接參數(shù)控制系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2004年

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      本文關(guān)鍵詞:中國(guó)焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展回顧,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



    本文編號(hào):197383

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