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基于视觉的CO_2焊接机器人焊接工艺参数与熔池形态关系的研究中摘要

时间：2017-08-10 来源：机器人在线阅读：7864 原创

随着科技的发展，焊接自动化和机器人（焊接机器人）化已经成为现代焊接不可逆转的发展方向，人们对焊接质量以及在线质量检测的要求越来越高。二氧化碳气体保护焊是焊接生产中广泛采用的方法之一，焊接过程中熔池中包含着丰富的焊接质量信息，熔池的形态信息直接影响焊缝成形和焊接内在质量，而焊接工艺参数是影响熔池几何形态的主要因素。鉴于国内对该课题研究较少，理论研究与工程发展都与国外有一定的差距。因此文章对基于视觉的二氧化碳焊接工艺参数与熔池形态关系展开研究。

首先，文章对二氧化碳气体保护焊焊接质量与工艺关系进行了分析，为了分析基于图像的熔池形态，建立了基于CCD视觉与图像采集的实验系统。本文以Q235钢为试验材料，采用二氧化碳气体保护焊，进行了多组参数下的机器人焊接试验，通过大量的实验，获得了在不同焊接电流、焊接速度、焊接姿态下的熔池图像。

其次，针对二氧化碳气体保护焊中熔池图像的特征，并对采集到的清晰的熔池图像，采用模糊技图像处理的方法，基于模糊熵的多值图像去噪滤波，图像的灰度级修正，图像边缘增强，以及用canny算子边缘定位，应用数学形态学膨胀和腐蚀综合地处理熔池图像边缘，然后应用灰值形态学梯度进行边缘检测。该方法较为准确高效的获得了熔池边缘信息。

最后，结合二氧化碳气体保护焊焊缝成形的特点，应用正交试验法设计分析表，分别分析研究了焊接电流、焊接速度、焊接姿态、焊接电压与熔池正面几何参数的关系，焊接工艺参数组合条件下对焊缝成形的影响。

通过研究分析了焊接工艺参数与熔池形态的内在关系，文章得出随着焊接电流的增大，熔宽、熔深、熔池的周长与面积都呈逐渐增大趋势，只是熔宽的增大幅度较小，熔池的尾部后托角逐渐减小，熔池形状逐渐接近椭圆。焊接速度变化时，熔宽、熔深、熔池体积的变化规律一致，随着速度的增大而减小，尾部形状逐步尖锐。过小的焊接速度会导致焊缝熔合不良。机器人焊接的角度会影响气体喷嘴与焊件之间的角度，不当的角度会导致飞溅、电弧不稳等。试验得出90°焊接，前倾角10-15°焊缝成形质量较高。焊接电压增大，熔宽熔深逐渐增大，它对熔宽的影响更为明显。过高的焊接电压会导致气孔、咬边等缺陷。对于熔宽的影响焊接电压>焊接电流>焊接速度>焊接角度，而对于熔深的影响电流>电压>速度>角度。在焊接过程中焊机的工艺参数:焊接电流为200A、焊接速度为46cm/min、焊接角度为90°、焊接电压为18V时焊接过程稳定，干扰因素相对较小，图像采集清晰，焊缝成形质量较较高。

本文对于优化二氧化碳焊接机器人焊接工艺有一定的指导意义。为进一步进行熔池焊缝成型控制的研究与提高焊接质量奠定了基础。

关键词:C02气体保护焊机器人（焊接机器人）视觉图像处理焊接工艺参数熔池形态