基于双DSP嵌入式视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制.pdfVIP

孙振国等：基于双DSP 嵌入式视觉伺服平台的管道MIG 打底焊焊缝成形控制 基于双DSP 嵌入式视觉伺服平台的管道MIG 打底 焊焊缝成形控制 孙振国1 1 1 2 2 2 黄 操 陈 强 廖剑雄 王定贺 陈卫中 ( 1.清华大学 先进成形教育部重点实验室，北京 100084 ； 2. 昆山市华恒焊接设备技术有限责任公司，江苏 昆山 215301) 摘要：针对坡口加工及焊接变形等因素引起的焊缝间隙不确定性变化影响焊缝成形的问题，建立了一套基于嵌入 式DSP （Digital signal processor ）视觉伺服平台的管道MIG 打底焊焊缝成形自适应控制系统。所设计的视觉伺服 平台采用TMS320DM642 实现焊接熔池区域图像的采集与处理，采用TMS320LF2812 实现焊枪位姿和焊接规范参 数的实时调整。设计了专门的图像处理算法，成功分离并提取熔池、焊缝和焊丝的位置信息。通过实时调节焊接 速度、焊枪摆动宽度和中心位置等参数，实现了焊缝间隙变化的自适应控制，获得了外观良好、X 光检验合格的 焊缝成形。 关键词：MIG 打底焊；视觉伺服；嵌入式DSP 系统；熔池区域图像；图像处理 中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号： 1 序 言 伴随着我国国民经济的持续发展、能源结构的重大改变和人们生活水平的稳步提高，管道运输业在原 油、成品油和天然气的储运中扮演着越来越重要的角色，管道建设进入了全新的蓬勃发展阶段[1] 。由此也 对管道建设过程中的焊接生产质量和效率提出了更高的要求。管道焊接通常包括坡口加工、对口、打底焊、 填充焊和盖面焊等工艺流程[2] 。 为实现单面焊双面成形，一般采用手工电弧焊（如中油管道局在涩宁兰输气管道工程中就采用了林肯 公司 STT 打底焊工艺和纤维素焊条打底焊工艺）或TIG 焊打底[3-5] 。然而，手工打底焊的操作难度大、成 形往往不稳定，TIG 焊虽然成形好，质量可靠，但生产效率低。MIG/MAG 焊工艺具有生产效率高，便于 操作，变形小，容易实现单面焊双面成形，适合于各种厚度板材等工艺特点而受到广大焊接工作者的重视。 受焊接电源软、硬件条件的限制，传统的MIG/MAG 焊工艺并未能在管道打底焊中得到广泛应用[6] 。 KEMPPI 公司在2005 年9 月的Essen 展上推出了一种用于结构钢和不锈钢的MIG/MAG 打底焊和薄板 焊接的改进的短弧焊接新工艺Fast ROOTTM 。采用数字化技术提升焊接电源动态性能，并通过对电流、电 压波形的控制改善焊缝成形，该工艺可以获得良好的打底焊焊道表面和背面成形，焊后处理量少，而且同 一台设备可以实现打底焊和填充焊，焊接速度和生产率大大高于TIG 焊[7] 。 然而，仅仅依赖于焊接电源和焊接工艺，并不能很好地解决管道焊接打底焊工艺流程中坡口加工、对 口以及焊接变形等因素造成的焊缝间隙的不确定性变化问题。为此，本文建立了一套基于嵌入式DSP 视觉 伺服平台的管道MIG 打底焊焊缝成形控制系统，提出并实现了一种对焊缝区域进行实时监控并根据焊缝宽 度、焊丝位置等特征参量实时调整焊接规范参数和焊枪摆动中心位置，以获得良好的打底焊焊缝成形的新 方法。 2 系统组成与工作原理 如图 1 所示，管道MIG 打底焊焊缝成形控制系统由变位机、焊枪位姿调整机构、MIG 焊枪、嵌入式 DSP 视觉伺服平台、光学系统、工业CCD 摄像机、焊接电源、图像监视器等组成。待焊工件固定于变位机 上，由变位机带动实现旋转运动。MIG 焊枪、CCD 摄像机、光学系统和DSP 视觉伺服平台都固定在焊枪 位姿调整机构上。焊枪位姿调整机构由十字滑块、2 个步进电机及其驱动单元，可以在步进电机控制下调 37 第五届全国计算机在焊接中的应用学术与技术交流会论文集，2008 年10 月29 日-11 月3 日，广西南宁 节焊枪高度和焊枪横摆的形式、速度和位置参数。系统采用EWM 公司的PHOENIX 4L 焊接电源，选用嘉 恒中自公司的OK-AM1100 的黑白工业摄像机（