Шаповалов Євген Вікторович. Засоби технічного зору як елемент зворотного зв”язку в системах стеження дугового зварювання

brief description

Шаповалов Євген Вікторович. Засоби технічного зору як елемент зворотного зв”язку в системах стеження дугового зварювання. : Дис... канд. наук: 05.13.07 - 2006.

Шаповалов Є.В. Засоби технічного зору як елемент зворотного зв’язку в системах стеження дугового зварювання
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 «Автоматизація технологічних процесів» Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Київ, 2006 р.
Дисертація присвячена розробці засобів технічного зору для систем стеження за стиком без розроблення кромок. Для вирішення цієї проблеми запропоновано метод, що базується на комп’ютерній обробці відеозображень лінії стикового з’єднання, одночасно освітленої джерелами структурованого і розсіяного світла.
Проведені експериментальні і теоретичні дослідження спектрів аргонових дуг дозволили обґрунтовано вибрати оптичні діапазони довжин хвиль видимого і ближнього інфрачервоного спектра, що є найвигіднішими для роботи засобів технічного зору АСУ ТП аргонодугового зварювання.
Розроблено математичну модель розпізнавання образу стикового з’єднання на відеозображеннях із можливістю самонавчання. В моделі реалізований покроковий метод ухвалення рішення про приналежність об’єктів до класів, що дозволяє значно скоротити об’єм обчислень і застосувати розроблену модель в системах реального часу.

Аналіз сучасного стану засобів технічного зору показав, що для автоматизації процесу наведення зварювального інструмента на стик при серійному виробництві цистерн, труб великого і малого діаметрів необхідні сенсори, які забезпечують виявлення стику із зазором, близьким до нуля.
Розроблено телевізійний метод для автоматичного стеження за стиком без розроблення кромок із зазором, близьким до нуля, що дозволило розширити можливості засобів технічного зору, які використовуються у зварювальному виробництві. Запропонований метод є подальшим розвитком методу світлового перетину і заснований на комп’ютерній обробці відеозображень лінії стикового з’єднання, що одночасно освітлена джерелами структурованого і розсіяного світла.
Розроблено спеціалізований контролер для адаптивного управління джерелом розсіяного світла комбінованого сенсора шляхом зміни шпаруватості ШІМ перетворювача мікропроцесора, що дозволило забезпечити інваріантність сенсора до оптичних властивостей поверхонь, що зварюються.
Запропоновано спосіб селекції лазерного випромінювання, дифузно відбитого від металевих поверхонь, що зварюються, який дозволив нормалізувати гістограми відеозображень лінії стикового з’єднання. Показано, що дифузно відбите лазерне випромінювання деполяризовано значно сильніше, ніж дзеркальне, що дозволило за допомогою поляризаційного світлофільтра бланкувати попадання дзеркальної складової до об’єктива відеокамери.
Вперше запропоновано в оптичному тракті систем технічного зору, заснованих на методах лазерної локації, для збільшення співвідношення сигнал-шум використовувати поляризаційний світлофільтр, встановлений перед об’єктивом відеокамери. Доведено, що співвідношення сигнал-шум підвищується, якщо площина поляризації світлофільтра співпадає з площиною поляризації лазера. Запропонований спосіб дозволяє зменшити потужність випромінювання лазера більш ніж на 20 % без погіршення технічних характеристик системи стеження і, тим самим, зменшити імовірність ураження органів зору персоналу лазерним випромінюванням.
На підставі експериментальних і теоретичних досліджень спектрів аргонових дуг визначено оптичні діапазони довжин хвиль видимого і ближнього інфрачервоного спектра, що є найвигіднішими для роботи засобів технічного зору АСУ ТП аргонодугового зварювання. Встановлено, що в діапазоні 500-1000 нм наявність парів заліза і алюмінію в аргоновій дузі істотно не впливає на її спектр. Показано, що при використанні світлофільтрів зі смугою пропускання 625-660 нм, 710-730 нм, 940-960 нм, 990-1040 нм дуга практично не впливає на роботу засобів технічного зору.
Запропоновано для виділення на зображенні лінії стикового з’єднання використовувати вибірково-узгоджений фільтр з автоматичною адаптивною перебудовою імпульсної характеристики в процесі стеження, що дозволяє підвищити точність визначення напряму зварювання.
Розроблено математичну модель розпізнавання образу стикового з’єднання на відеозображеннях з можливістю самонавчання. Показано, що використання в моделі покрокового методу прийняття рішення про приналежність об’єктів до класів дозволяє значно скоротити кількість обчислень і застосувати розроблену модель в системах реального часу. Експериментально доведено, що розроблена математична модель дозволяє прогнозувати координати лінії стикового з’єднання безпосередньо під зварювальним інструментом.