微間隙焊縫路徑磁光成像卡爾曼濾波跟蹤方法研究.pdf

1、隨著高精度焊接工藝（如激光焊接）的廣泛運用，無坡口、緊密對接的微間隙焊縫檢測跟蹤問題日益突出。精確的焊縫檢測跟蹤是保證焊接質(zhì)量，實現(xiàn)焊接自動化的關(guān)鍵。然而對于微間隙焊縫，傳統(tǒng)焊縫檢測方法難以有效地提取焊縫位置信息，識別焊縫偏離程度，為此論文研究了一種基于磁光成像的焊縫檢測新方法。
　　磁光成像傳感是一種利用法拉第磁旋光效應(yīng)通過檢測偏振光的偏振狀態(tài)實現(xiàn)磁場可視化的新技術(shù)。針對緊密對接的低碳鋼板的微間隙焊縫，對試件施加激勵磁場，通過磁

2、光傳感器獲取焊縫磁光圖像，由于施加在兩塊板材上的磁場分布存在明顯差異，因此在磁光圖像上焊縫位置存在明顯的過渡帶特征。研究磁光圖像中的焊縫區(qū)域灰度分布特點，結(jié)合圖像處理方法得到焊縫過渡區(qū)域，提取過渡區(qū)域的中點作為焊縫位置特征點。建立焊縫特征參數(shù)與焊縫偏差數(shù)學模型，計算焊縫偏差的測量信息。通過不同條件的焊縫檢測試驗，驗證磁光成像傳感技術(shù)能有效地檢測出焊縫位置。
　　由于焊縫跟蹤過程中存在多種噪聲干擾，嚴重影響焊縫位置信息的準確提取。因

3、此，設(shè)計一種基于Kalman濾波的系統(tǒng)狀態(tài)最優(yōu)估計方法，對焊接偏離狀態(tài)進行準確預(yù)測。首先，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，構(gòu)建Kalman濾波算法得到最小均方差下焊縫偏差最優(yōu)估計值。其次，針對系統(tǒng)過程噪聲和測量噪聲可能為色噪聲的情況，分別通過狀態(tài)擴增法和測量擴增法，構(gòu)建色噪聲下擴展卡爾曼濾波算法，實現(xiàn)對色噪聲狀態(tài)下的最優(yōu)估計。多種工藝試驗結(jié)果表明Kalman濾波算法能有效消除噪聲干擾，提高焊縫跟蹤穩(wěn)定性。
　

4、　最后針對焊縫跟蹤過程中系統(tǒng)過程噪聲和測量噪聲統(tǒng)計特性難以在焊前精確獲取的情況，通過比較不同噪聲方差取值下的卡爾曼濾波結(jié)果，研究噪聲統(tǒng)計特性不確定性對卡爾曼濾波穩(wěn)定性的影響。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與卡爾曼濾波算法結(jié)合，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償卡爾曼濾波算法。建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以卡爾曼濾波狀態(tài)參量作為網(wǎng)絡(luò)輸入，濾波誤差作為網(wǎng)絡(luò)輸出。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出進一步修正卡爾曼濾波值，補償由于噪聲統(tǒng)計特性不確定性引起的濾波誤差。試驗結(jié)果驗證了這一方法可有效提高濾