激光焊接路徑跟蹤卡爾曼濾波預(yù)測算法研究.pdf

1、精確控制激光束使其始終對準(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,對焊縫間隙大小敏感,導(dǎo)致精確控制激光束對準(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)時檢測焊縫路徑相對于激光束的位置偏差；而基于視覺傳感的焊縫識別是目前最先進(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CCD(Charge Coupled Device)視覺傳感器直接拍攝熔池前端焊縫圖像,利用圖像

2、處理技術(shù)檢測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傳感法,設(shè)計(jì)一種新型焊縫偏差測量方法。通過高速視覺傳感器獲取熔池紅外圖像序列,依據(jù)激光束偏離焊縫時熔池紅外輻射定理,研究熔池在焊接過程中的動態(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,針對目前焊縫跟蹤技術(shù)缺乏無坡口焊縫識別能力與焊縫偏差預(yù)測功能,本文重點(diǎn)研究一種基于K

3、alman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)時測量與跟蹤的預(yù)測模型,研究Kalman濾波實(shí)現(xiàn)焊縫預(yù)測跟蹤新方法。
　　 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)方程和焊縫位置測量方程。文中分別研究了系統(tǒng)動態(tài)噪聲和傳感器測量噪聲為色噪聲時,通過擴(kuò)展

4、狀態(tài)變量和增廣測量方法建立了色噪聲環(huán)境下的Kalman濾波算法,算法對系統(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)測值,現(xiàn)實(shí)消除系統(tǒng)噪聲和測量噪聲對焊縫偏差測量的影響。試驗(yàn)結(jié)果證明帶預(yù)測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,研究了過程噪聲與測量噪聲統(tǒng)計(jì)特性的不確定性對焊縫跟蹤帶來的影響,提出了一種補(bǔ)償噪聲統(tǒng)計(jì)不確定性帶來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)