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当期目录

    2015年, 第49卷, 第03期 刊出日期:2015-03-30 上一期    下一期
    金属学与金属工艺
    单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊工艺
    石玗,周海,朱明,王桂龙
    2015,49 (03):  293-296. 
    摘要 ( 564 )  

    摘要:  针对常规双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊(GMAW)的控制过程较复杂、焊接成本较高等问题,提出了采用单电源实现双丝旁路耦合电弧GMAW的方法,并设计了采用快速原型技术的实验系统.同时,进行了大量焊接工艺实验.实验结果表明:采用单电源的双丝旁路耦合电弧GMAW可以稳定焊接,但相对于双电源的双丝旁路耦合电弧GMAW其稳定工作区间更窄;通过调节旁路送丝速度快慢的焊接工艺实验,分别找到了在主路电流为300、350、400、450、500、550A时旁路送丝速度的稳定工艺区间.

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    基于视觉识别的多层多道路径规划修正
    杨乘东,钟继勇,陈玉喜,陈善本
    2015,49 (03):  297-300. 
    摘要 ( 619 )  

    摘要:  针对传统大厚板手工电弧焊和半自动焊工艺复杂、焊接效率低下、质量稳定性差等问题提出大厚板焊接的新方法:双机器人双面熔化极活性气体保护焊(MAG),打底焊采用双机器人双面MAG错位焊接,填充焊采用双机器人双面MAG对称焊接.多层多道焊接过程中累积误差和焊接变形会对多层多道路径规划精度造成影响,准确的多层多道路径规划是实现大厚板机器人自动焊接的关键因素.提出基于视觉识别的多层多道路径规划修正方法,通过图像处理结合图像三维信息恢复获得各焊道实时填充信息,对多层多道路径规划进行修正,提高多层多道路径规划精度.

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    钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面特征参数的激光视觉测量
    张刚,石玗,李春凯,樊丁,黄健康
    2015,49 (03):  301-305. 
    摘要 ( 556 )  

    摘要:  针对现有的钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面测量方法难以应用于强弧光、高温辐射、液态金属表面镜面反射等问题,提出一种激光视觉测量法. 利用小功率点或线阵模式结构激光照射覆盖整个熔池表面,采用高速摄像机实时采集经熔池液态金属表面反射畸变的激光图像.设计图像处理算法提取成像激光点位置坐标,建立与投射激光点位置坐标的空间转换数学模型,离线获得熔池三维自由表面的几何特征参数值,对比实测凝固熔池表面对应参数值发现,所提取的几何特征参数值与实测值吻合较好,熔宽、长度和凸度误差分别为0.8%、0.6%和4.7%,证明激光视觉法能够实现熔池自由表面三维信息的动态测量,为采用几何特征参数调整熔池自由表面形貌变化控制焊缝成形及缺陷提供一种新方法.

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    焊接热输入对低合金高强钢焊缝组织和韧性的影响
    陈玉喜1,刘亮2,张华军2,陈华斌1,陈善本1
    2015,49 (03):  306-309. 
    摘要 ( 808 )  

    摘要:  针对海上钻井平台桩腿用厚板低合金高强钢Q690E,研究不同焊接热输入对接头焊缝显微组织及冲击韧性的影响.结果表明,当热输入从1.376 MJ/m提高到2.248 MJ/m时,焊缝区冲击韧性先升高再降低.当焊接热输入为1.56 MJ/m时,焊缝区微观组织以针状铁素体为主,低温韧性最好;采用小电流低速焊焊缝区组织更加均匀,冲击断口韧窝区所占比例更大,低温韧性更高;在热输入相同的条件下,单丝熔化极活性气体保护焊焊缝区以针状铁素体和粒状贝氏体为主,低温韧性优于双丝焊.

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    基于支持向量机的J型坡口接头相贯线检测
    庹宇鲲1,胡绳荪1,申俊琦1,陈昌亮2,谷文3,李坚3
    2015,49 (03):  310-314. 
    摘要 ( 501 )  

    摘要:  针对核电压力容器中J型坡口焊缝的自动化焊接,应用图像处理技术,结合支持向量机(SVM)分类器,研究了核电压力容器封头与圆管相贯线检测算法. 以颜色矩特征和灰度共生矩阵特征组合作为特征向量,利用SVM对图像进行分类,结合滑块机制和投票机制可以生成相贯线区域高亮的二值图像,利用二次曲线对二值图像中最大轮廓进行拟合,获取相贯线的准确位置. 结果表明:算法具有较高的鲁棒性和实时性,SVM分类器准确率达到95.6%,每幅图像处理时间在170 ms以内.

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    环境压力对熔化极气体保护焊焊接过程及焊缝成形的影响
    吴金明1,薛龙1,2,黄继强1,刘剑1,李兰2,徐雷3
    2015,49 (03):  315-318. 
    摘要 ( 638 )  

    摘要:  在环境压力0.1~1.0 MPa条件下,通过高速摄像和汉诺威分析仪等手段,研究了高压干法熔化极气体保护焊过程及焊缝成形的特点,分析了焊接飞溅和焊缝成形的主要成因.试验表明,随着环境压力的增加,焊接过程逐渐变得不稳定,飞溅增加,焊缝逐渐变窄,焊缝成形变差.

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    焊接视觉跟踪机器人数学建模和工作空间分析
    贺京杰1,汪苏2a,苗新刚2b
    2015,49 (03):  318-322. 
    摘要 ( 836 )  

    摘要:  针对大构件相贯线型空间焊缝的视觉跟踪方法,设计并制造了8自由度焊接视觉跟踪机器人.描述了一种空间机器人建模方法,主要思路为将移动坐标系从绝对坐标系原点,顺着关节机构移动到机器人末端工作点,运用此法对机器人进行数学建模并仿真,得到机器人运动学正解,运用数值法对机器人进行工作空间分析,得到工作空间三维图和侧向剖面图.仿真结果证明数学建模方法的有效性,空间分析结果表明本机构工作空间无空洞,工作范围符合设计要求.最后用物理样机对空间曲线型焊缝进行运动跟踪实验验证.

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    高压干法水下熔化极惰性气体保护焊电弧声数据采集与分析
    李卫强1,朱加雷1,焦向东1,乔溪1,贾存锋2,马正住1
    2015,49 (03):  323-325. 
    摘要 ( 608 )  

    摘要:  设计了高压干法水下熔化极惰性气体保护焊(MIG)电弧声采集硬件系统,研究分析了不同环境压力对声音信号的影响规律,并进行了不同压力环境下的传声器校准;采用LabVIEW软件编程,同步采集焊接过程中的电弧声和电流、电压信号,在时域和频域两方面分析高压干法水下MIG焊接过程中不同环境压力下的电弧声信号特征,为电弧声在高压干法水下MIG焊接质量监控中的应用奠定基础.

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    铝合金激光焊接变形测量
    黄尊月,罗震,张禹,姚杞
    2015,49 (03):  326-328. 
    摘要 ( 723 )  

    摘要:  首先从激光焊接铝合金薄板的激光光谱入手,发现波长为600~650 nm激光的光强几乎不变,选择了合适的窄带宽滤光片,使得CCD相机采集的整个焊接过程图片光强均一,整个过程不受焊接过程中激光光强的影响.然后在最佳的焊接参数下焊接,用2台CCD相机在脉冲信号下同时进行图像采集,通过匹配计算分析得到板件在整个焊接过程中全场三维变形量、形貌和应变,能够实时地再现变形过程,得到任意时刻的三维上的焊接变形量以及该时刻的形貌及应变.

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    气室式局部干法水下焊接
    朱加雷1,王殿舒2,焦向东1,陈茂骁1
    2015,49 (03):  329-332. 
    摘要 ( 791 )  

    摘要:  利用研制的气室式局部干法水下焊接试验系统,在300 mm水深环境的试验水槽中,进行了水下平板堆焊和坡口对接焊验证性工艺试验,并对水下坡口对接焊焊缝进行了显微组织和硬度的测试分析,结果表明:在气室排水密封良好的前提下,送丝速度、焊接速度、摆动速度和摆动周期等参数对焊缝成形和焊接质量的影响较大,通过不同焊接参数的优化组合,可以获得优良的气室式局部干法水下焊接焊缝成形;水下焊接环境对焊缝的显微组织和硬度产生一定影响,由于焊缝周围及背面水的快速冷却作用,焊缝中心区域出现了部分魏氏体组织,同时焊缝中心区域的硬度较热影响区高,出现了一定淬火硬化现象.

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    不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能
    姚杞,罗震,李洋,段瑞,黄尊月
    2015,49 (03):  333-336. 
    摘要 ( 718 )  

    摘要:  采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明:通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
    关键词:  水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
    中图分类号:  TG 456.7文献标志码:  A

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    钨极惰性气体保护焊熔池表面三维恢复算法及其可视化
    黄健康a,何笑英a,张刚b,石玗b,樊丁b
    2015,49 (03):  337-340. 
    摘要 ( 645 )  

    摘要:  针对焊接熔池具有高动态、不规则的镜面等特性,在已有的熔池表面激光点阵熔池镜面反射三维恢复算法的基础上,建立了为实现钨极惰性气体保护焊熔池表面三维恢复的数学模型.对于不同的三维凸面和三维凹面,利用新的算法来实现熔池表面的三维恢复,激光经过不同的三维面形反射后在成像屏上形成不同分布的激光点阵,并编写相应程序进行了可视化研究.结果表明:所建立的数学模型根据成像屏上形成的激光点阵分布的高低程度不同、紧密程度不一致等,反映出熔池表面高低形态的变化趋势,但要能更准确地反映动态的三维熔池表面,需添加更多的约束条件.

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    应用于铝合金焊接中的被动视觉获取
    沈鸿源1,2,陈华斌2,林涛2,陈善本2
    2015,49 (03):  341-343. 
    摘要 ( 599 )  

    摘要:  根据铝合金的特点,提出了铝合金钨极氩弧焊中应用的双窗口被动视觉传感技术,可以清晰地观察到熔池宽度和焊缝间隙等几何参数.通过图像处理技术可以稳定地提取出图像的几何特征,将其作为焊接质量和焊缝跟踪等技术的检测信息,并应用于火箭贮箱的焊接.

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    脉冲旁路耦合电弧惰性气体保护焊过程控制
    朱明,石玗,樊丁,卢立晖,周海
    2015,49 (03):  344-347. 
    摘要 ( 607 )  

    摘要:  脉冲旁路耦合电弧惰性气体保护焊是一种新型的低热输入焊接方法.针对该方法焊接过程中耦合电弧稳定性较差的问题,提出通过改变送丝速度调节主路弧长控制耦合电弧稳定性的控制方案并进行了仿真分析,同时采用快速原型技术设计了焊接过程控制系统并进行焊接实验. 结果表明:模拟仿真结果证明提出的控制方案可以保证脉冲旁路耦合电弧惰性气体保护焊接过程的稳定性;通过焊接实验验证了仿真结果,同时获得了稳定的焊接过程与成形良好的焊缝.

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    基于旋转电弧传感机器人立焊焊缝的跟踪
    乐健,张华,叶艳辉,范宇
    2015,49 (03):  348-352. 
    摘要 ( 611 )  

    摘要:  为了实现机器人对立焊焊缝的准确跟踪,提高焊接的质量和效率,减少焊接工人的劳动强度,对采样电流进行组合滤波,利用“绝对差法”对第1个采样点到第32个采样点进行线性回归,拟合直线的斜率作为偏差,以偏差和偏差的变化率作为模糊控制器的输入,经过输入量的模糊化、模糊推理和输出量的清晰化,控制水平滑块伸缩跟踪立焊焊缝.通过路径规划,使焊枪从上倾45°变成下倾45°.利用基于水平滑块伸缩跟踪焊缝与路径规划组合的方法对立焊焊缝进行跟踪.实验结果表明:利用该算法,基于旋转电弧传感机器人跟踪立焊焊缝的可靠性好,精确度高.

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    窄间隙旋转电弧熔化极活性气体保护焊视觉焊缝偏差检测
    黎文航1,2,高凯1,王加友1,何金桥1
    2015,49 (03):  353-356. 
    摘要 ( 716 )  

    摘要:  针对旋转电弧窄间隙熔化极活性气体保护焊多层单道焊焊缝跟踪需要,提出一种基于被动视觉传感的焊缝偏差识别方法. 首先通过旋转电弧位置传感器和处于触发工作模式的CCD摄像机获取电弧旋转到坡口左侧和坡口右侧时的焊接图像,然后根据图像灰度直方图特点,构建了自适应双阈值获取算法. 大阈值用于获取电弧区域进而得到电弧中心位置;小阈值用于获取坡口工件区域,进而通过计算水平方向一阶差分得到坡口边缘. 通过对比一个电弧旋转周期内获取的两幅图像,可计算电弧旋转中心和坡口中心的偏差,得到焊缝偏差. 该偏差检测算法高效、可靠且可避免坡口底部改变带来的误差,同时可用于不同偏差算法的比较和融合.

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    基于电弧传感的管道焊接高低跟踪技术
    罗雨1,韩素新1,焦向东1,周灿丰1,胡胜2
    2015,49 (03):  357-360. 
    摘要 ( 529 )  

    摘要:  针对管道焊接过程中焊接规范变化的特点,建立了不同区位焊接电流与焊枪高度的数学模型,提出了可变增益的PID(Proportion Integration Differentiation)多模型控制算法,设计了基于模糊切换规则的多模型控制器.试验结果表明,高低跟踪系统的稳态和动态性能良好,可实现不同焊接规范下焊矩高度的实时跟踪控制,保证了焊接过程的稳定性,改善了焊接质量.

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    变极性等离子弧穿孔立焊双面图像处理与特征提取
    陈路路,胡明华,陈云霞,吴頔,陈华斌,林涛
    2015,49 (03):  361-365. 
    摘要 ( 644 )  

    摘要:  针对变极性等离子弧穿孔立焊的双面图像进行特征信号提取,提出了一种适应性强的图像处理算法来获取焊接参数.开发了基于组合部件模型匹配和边缘窗口线性扫描的组合算法,并通过筛选法则提取特征信号,实现对焊接双面特征的有效提取.结果表明,所提出的方法能获得可靠的正面熔池及背面小孔的几何特征信息,为视觉多信号融合提供基础.

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    自动化技术、计算机技术
    由任意平行四边形确定摄像机内参数的方法
    王秀平1,2,白瑞林1,刘子腾1
    2015,49 (03):  366-370. 
    摘要 ( 799 )  

    摘要:  根据交比与角度之间的联系,提出了一种由任意平行四边形标定摄像机内参数的线性方法.采用关于空间平面上平行四边形的2种不同方案,运用拉盖尔定理和交比不变性原理,计算2个圆环点的图像坐标,再利用圆环点在绝对二次曲线上这一特点来线性标定摄像机内参数,完成标定只需3幅图像.文章将以往通过正交直线求圆环点的方法进行了扩展,采用任意斜交直线也可求圆环点,因而具有更广泛的适用性.模拟实验和真实图像实验均证明了该方法的可行性.

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    移动焊接机器人轨迹跟踪控制机制及实验
    吕学勤1,张轲2,吴毅雄2
    2015,49 (03):  371-374. 
    摘要 ( 937 )  

    摘要:  针对目前移动焊接机器人进行滑模变结构控制的动力学研究较少,且滑模变结构控制中产生的高频振荡及其对移动焊接机器人的焊缝跟踪精度影响较大的问题,搭建了移动焊接机器人平台,建立了移动焊接机器人的运动学和动力学模型,并提出了一种能够实现移动焊接机器人高精度焊缝跟踪的新型控制算法.基于移动焊接机器人的动力学模型,采用滑模变结构控制理论对移动焊接机器人进行鲁棒性控制,并采用光滑的连续函数代替滑模变结构控制中的符号,以消除高频振荡的影响.结果表明了所提出方法的可行性和有效性.在焊缝跟踪过程中,移动焊接机器人运行平稳,得到了较高的跟踪精度.

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    基于小波神经网络熔丝堆积三维打印精度预测模型
    纪良波
    2015,49 (03):  375-378. 
    摘要 ( 766 )  

    摘要:  熔融沉积快速成形是一个多参数耦合的非线性过程,大量成形参数对成形件精度具有重要影响.为了弄清各个工艺参数对成形零件精度的影响,提高熔丝堆积三维打印产品精度,运用Matlab软件建立了利用成形工艺参数预测产品精度的小波神经网络模型,完成了算法设计.通过熔丝堆积三维打印实验采集样本,利用训练样本对所建立的网络进行训练,完成网络输入输出精度映射关系,并利用测试样本对所训练网络进行检验.仿真试验表明,产品精度预测模型具有很高的精度,验证了该预测模型在理论和实践上的可行性、有效性.把小波神经网络方法运用于熔丝堆积三维打印参数与成形产品精度之间的建模,解决了难以用数学方法建立精确模型的问题.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于双自由度万向轮机构的爬壁机器人运动状态检测
    郑军,邱强,李鹏,潘际銮
    2015,49 (03):  379-382. 
    摘要 ( 857 )  

    摘要:  设计了基于双自由度万向轮机构的速度测量装置,该装置由双自由度滚轮、旋转编码器、角位移传感器和水平姿态传感器等构成.机器人运动时,利用水平姿态传感器检测爬行机构的转动角速度,双自由度万向轮机构利用角度传感器测量速度方向,利用光电编码器测量速度大小,实现对机器人运动状态的测量.根据其测量结果,建立了电动机输入和控制点运动状态之间的关系,为机器精确任务操作提供了基础.

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    蚁群算法求解离散最小约束去除问题
    许波,闵华清,肖芳雄
    2015,49 (03):  383-386. 
    摘要 ( 950 )  

    摘要:  引入蚁群算法解决最小约束去除运动规划问题,在求解过程中对蚁群算法的启发函数以及信息素更新策略进行改进,使其不再易于陷入局部极值并适合求解该问题.仿真实验结果表明,该算法在解的质量和收敛速度上优于精确搜索与贪心算法.

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    基于改进隶属云模型蚁群算法的喷涂机器人喷枪轨迹组合优化
    李翠明,龚俊,牛万才,王翀
    2015,49 (03):  387-391. 
    摘要 ( 837 )  

    摘要:  针对复杂曲面分片后的喷枪轨迹组合优化问题,利用哈密尔顿图将其转化为广义开环旅行商问题(OTSP),采用“问题无关的进化算法与问题相关的局部搜索相结合”的策略,首先引入隶属云模型来自适应调节蚁群算法中控制的随机性,然后引入K-opt局部搜索策略的基于改进隶属云模型蚁群算法(MCMACA)对喷枪轨迹组合优化的OTSP问题进行求解.仿真结果表明,改进隶属云模型蚁群算法的全局搜索性和局部收敛性更佳,在复杂曲面上对喷涂机器人喷枪轨迹进行优化具有明显的优越性.
    关键词:  组中图分类号: 文献标志码:  A

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    飞机导管机器人焊接手眼关系标定
    张宗郁1,高洪明1,韩庆璘1,黄锐2,荣建2,王勇超2
    2015,49 (03):  392-394. 
    摘要 ( 857 )  

    摘要:  针对目前国内航空飞机导管焊接主要采用手工钨极氩弧焊的现状,提出了导管数字化焊接思路,对该系统中涉及的机器人手眼关系标定进行了研究.通过在META焊缝跟踪传感器安装距离处建立摄像机坐标系,利用一台三坐标仪完成了机器人的手眼关系标定.结果表明:此标定方法精度为±0.4 mm,满足飞机导管数字化焊接的要求.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    带有视觉功能的同轴一体化焊枪设计及其实现
    陈希章,于杰,胡超
    2015,49 (03):  395-397. 
    摘要 ( 641 )  

    摘要:  针对目前焊接监控系统与焊枪分离引起的结构冗余与干涉,以及取像偏离熔池中心等问题,设计了一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪,摄像机与钨极同轴,同时安装在焊枪的内部,可以同步监测焊缝的质量.设计了钨极调节系统,并将冷却和保护系统设计为一个整体,从而使钨极的调节、焊枪的冷却降温以及气体的保护效果更好,优化了焊枪的结构,提高了焊枪的可达性及可操作性.实验表明,本焊枪结构可获得以钨极为中心的熔池图像,可以清晰地定位钨极和焊丝位置,对比传统的视觉结构,该一体化焊枪机构在焊缝跟踪、过程监控等应用上有明显的优势.
     

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    基于小波变换的镁合金双弧焊多聚焦熔池图像融合算法
    张玉刚1a,马国红1a,崔勇1a,叶佳2,江芙蓉1b
    2015,49 (03):  398-401. 
    摘要 ( 598 )  

    摘要:  针对镁合金双弧焊多聚焦熔池图像融合规则的选择,提出了基于窗口化小波低频系数的融合规则.该融合规则考虑了低频分量对融合后图像的贡献和图像像素间的相关性.由实验结果及客观评价数据表明,该算法能够得到较好的融合效果,增加了镁合金双弧焊多聚焦熔池图像中的清晰目标和融合熔池边缘信息.

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    其他
    组态式牵引电动机故障诊断模型
    聂冰a,赵慧敏a,丁鸣艳b,李文a
    2015,49 (03):  402-405. 
    摘要 ( 481 )  

    摘要:  针对电动机典型的故障诊断模型网络结构复杂、训练困难等问题,提出一种组态式牵引电动机故障诊断模型.该模型由多个多输入单输出的子径向基函数神经网络构成,每个子模型识别一种故障特征.根据系统需要将多个子模型任意组合,用来识别类型繁多的电动机故障.利用特征提取后的样本数据对该模型进行训练,并通过测试样本验证了故障诊断模型的有效性.结果表明,采用组态式牵引电动机故障诊断模型,一个子模型仅识别一种牵引电动机故障状态,结构简单,模型训练难度小,提高了模型的故障识别能力以及应用的灵活性,为牵引电动机故障诊断提供了一条新思路.

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    改进的二次1.5维谱估计在管道内检测中的应用
    唐建1,2,焦向东2,戴波2
    2015,49 (03):  406-410. 
    摘要 ( 635 )  

    摘要:  针对手动壁厚获取算法存在劳动强度大、效率低等缺点,而现有自动壁厚获取算法精度又不高、容易误判且适应性不强,提出了改进的二次1.5维谱估计自动壁厚获取算法:对管道超声A波信号做1.5维谱估计,根据壁厚上下限对数据截取与补零,并在此基础上再做一次1.5维谱估计,获取壁厚信息.实验表明:该算法产生的壁厚数据精度高,相对误差在3%以内.

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