波紋腹板h型鋼焊接算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種型鋼生產(chǎn)方法，特別是一種波紋腹板Η型鋼生產(chǎn)的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的創(chuàng)新產(chǎn)品波紋腹板Η型鋼，腹板由平板改用波紋形狀，可W避免平腹 板產(chǎn)生的局部彎曲，從而采用更薄的鋼板實現(xiàn)更強的承載力，大大減少建筑結(jié)構(gòu)的用鋼量， 是符合國家發(fā)展"低碳經(jīng)濟"的產(chǎn)業(yè)政策的產(chǎn)能環(huán)保新型材，必將深刻影響國內(nèi)Η型鋼市場 的現(xiàn)有格局。波紋腹板Η型鋼產(chǎn)品前景市場很大，產(chǎn)品推廣重點需解決工業(yè)化生產(chǎn)問題。目 前Η型鋼波紋腹板的焊接工藝有各種不同的形式，普遍存在工序不合理，生產(chǎn)效率低，勞動 強度大，質(zhì)量難W保證等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種波紋腹板Η型鋼焊接算 法，使得Η型鋼波紋腹板生產(chǎn)焊接工藝方法工序科學(xué)合理，焊接準(zhǔn)確性，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高， 降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0004] -種波紋腹板Η型鋼焊接算法，包括下述步驟：
[000引步驟S1，利用攝像頭采集焊接部位的影像，然后利用canny算子檢測圖像中焊接線 的位置；
[0006] 步驟S2,利用camsMft算法跟蹤焊槍激光點的位置，將焊接線位置和激光點位置 作比較形成完整的閉環(huán)控制，保證焊接的準(zhǔn)確性；
[0007] 步驟S3,利用kalman算法預(yù)估焊槍激光點的下一位置，使焊槍及時調(diào)整，提高焊接 的速度和效率；
[0008] 步驟S4,根據(jù)預(yù)估點移動焊槍的同時檢測焊接線的位置，及時調(diào)整焊槍進行焊接。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較所具有的有益效果是：由于采用上述技術(shù)方案，使得Η型鋼 波紋腹板生產(chǎn)焊接工藝方法工序科學(xué)合理，焊接準(zhǔn)確性，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，降低了勞動強 度，提高了生產(chǎn)效率，適用于生產(chǎn)多種技術(shù)要求的產(chǎn)品。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的波紋腹板Η型鋼焊接裝置示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的算法流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[001引圖1是波紋腹板Η型鋼焊接設(shè)備，利用圖1的設(shè)備，本發(fā)明提出的波紋腹板Η型鋼焊 接算法，包括下述步驟:第一步，利用攝像頭4采集焊接部位的影像，然后利用canny算子檢 測圖像中焊接線2的位置;第二步，利用camshift算法跟蹤焊槍3激光點的位置，將焊接線位 置和激光點位置作比較形成完整的閉環(huán)控制，保證焊接的準(zhǔn)確性;第Ξ步、利用kalman算法 預(yù)估焊槍3激光點的下一位置，使焊槍及時調(diào)整，提高焊接的速度和效率;第四步:根據(jù)預(yù)估 點移動焊槍的同時檢測焊接線的位置，及時調(diào)整焊槍完成對波紋腹板Η型鋼1的焊接。圖1中 Η型鋼1的中間是波紋腹板101，波紋腹板101兩端是翼板102。
[0014] 第一步中，利用canny算子檢測圖像中焊接線的位置，是目前比較常用的檢測焊接 線方法，本申請中不作為重點解釋。
[0015] 第二步中，通過camshift算法跟蹤圖像中激光點的位置：
[0016] 初始化激光點所在捜索窗口，捜索窗口略大于激光點的大小，通常選擇的捜索窗 口比激光點大20 %~50 %即可;窗口質(zhì)屯、位置為：
[0017]
[001引其中Moo為捜索窗口的零階矩，Mio、Mo功捜索窗口的一階矩：
[0019] 掛
[0020] 式中，（u，v)為捜索窗口內(nèi)的像素點坐標(biāo)，（u，v)在投影圖中對應(yīng)的灰度值為1(11， V);
[0021] 接著調(diào)整捜索窗口的大小，移動捜索窗口的中屯、到其質(zhì)屯、；重新捜索直到運算次 數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值或質(zhì)屯、與中屯、間的移動距離小于事先設(shè)定的闊值，即認(rèn)為已經(jīng)收斂，然后在 下一帖圖像中進行新的捜索，循環(huán)執(zhí)行W實現(xiàn)對激光點位置的跟蹤;新的捜索窗口的寬度W 及長度1分別為：
[0028] camsMft算法跟蹤得到當(dāng)前帖中焊槍激光點的位置后，將激光點的位置和當(dāng)前帖 中canny算子檢測到的焊接線位置做對比，并根據(jù)位置誤差調(diào)整焊槍位置，形成閉環(huán)W實現(xiàn) 對焊縫的準(zhǔn)確焊接。
[0029] 第Ξ步中，為了提高焊接的效率，將camshift跟蹤得到的激光點的位置作為 kalman濾波算法的觀測值輸入，從而預(yù)測激光點的下一位置，并根據(jù)預(yù)測位置提前調(diào)整焊 槍狀態(tài)，從而縮短了對下一位置焊接過程中焊槍調(diào)整的時間;Kalman濾波是一種利用線性 系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過輸入輸出的觀測數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的狀態(tài)進行最優(yōu)估計的濾波算法;Kalman 濾波算法的兩個重要方程分別是：
[0030] 狀態(tài)方程：
[0031 ] Xt = AXt-i+Wt-i (7)
[0032] 觀測方程：
[0033] Zt = HXt+Vt (8)
[0034] 其中:A表示系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣;Zt表示t時刻系統(tǒng)的觀測向量;Η和A分別為系統(tǒng)的 觀測矩陣和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣;Xt、Xt-i分別是t時刻、t-1時刻系統(tǒng)的狀態(tài)向量;過程噪聲向量 Wt-1和觀測噪聲向量Vt均為均值為0的白噪聲序列，其中Wt的協(xié)方差矩陣Qt為
[003引
巧）
[0036] Vt的協(xié)方差矩陣為Rt
[0037]
(10)
[0038] 由于在進行目標(biāo)跟蹤時兩帖之間時間間隔At較短，目標(biāo)運動狀態(tài)不會發(fā)生較大 改變，所W可W將At內(nèi)目標(biāo)的狀態(tài)近似為勻速運動;假設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)向量Xt=(Sx，Sv，Vx，Vv); 其中：Sx、Sv分別表示目標(biāo)質(zhì)屯、在X軸和Y軸上的坐標(biāo)，Vx、Vy分別表示目標(biāo)質(zhì)屯、在X軸和Y軸上 的速度；
[0039] 基于Kalman濾波器的焊槍激光點運動估計過程為:初始化濾波器，即初始化激光 點的位置和速度，位置的初始值為手動選擇得到的目標(biāo)或檢測得到的目標(biāo)的位置;若速度 未知，可設(shè)為0,并記錄當(dāng)前時刻;然后利用當(dāng)前的激光點運動狀態(tài)和協(xié)方差矩陣，預(yù)測焊槍 激光點在下一帖中的位置和速度，獲得先驗估計值;最終利用反饋的方法，結(jié)合新的實際觀 測值與先驗估計值獲取后驗估計，并將其作為本帖的焊槍激光點位置和速度信息，利用當(dāng) 前帖camsMft的跟蹤結(jié)果得到的位置信息更新濾波器，重新預(yù)測焊槍激光點在下一帖的位 置和速度，循環(huán)執(zhí)行下去。
【主權(quán)項】
1. 一種波紋腹板H型鋼焊接算法，其特征在于，包括下述步驟： 步驟Sl，利用攝像頭采集焊接部位的影像，然后利用canny算子檢測圖像中焊接線的位 置； 步驟S2,利用camshift算法跟蹤焊槍激光點的位置，將焊接線位置和激光點位置作比 較形成完整的閉環(huán)控制，保證焊接的準(zhǔn)確性； 步驟S3，利用kalman算法預(yù)估焊槍激光點的下一位置，使焊槍及時調(diào)整； 步驟S4，根據(jù)預(yù)估點移動焊槍的同時檢測焊接線的位置，及時調(diào)整焊槍進行焊接。2. 如權(quán)利要求1所述的波紋腹板H型鋼焊接算法，其特征在于： 步驟S2具體包括： 初始化激光點所在搜索窗口，搜索窗口略大于激光點的大小，窗口質(zhì)心位置為：其中Mqq為搜索窗口的零階矩，M1Q、MQ1為搜索窗口的一階矩：式中，（u，v)為搜索窗口內(nèi)的像素點坐標(biāo)，（u，v)在投影圖中對應(yīng)的灰度值為Ku,V); 接著調(diào)整搜索窗口的大小，移動搜索窗口的中心到其質(zhì)心；重新搜索直到運算次數(shù)達(dá) 到預(yù)設(shè)值或質(zhì)心與中心間的移動距離小于事先設(shè)定的閾值，即認(rèn)為已經(jīng)收斂，然后在下一 幀圖像中進行新的搜索，循環(huán)執(zhí)行以實現(xiàn)對激光點位置的跟蹤;新的搜索窗口的寬度w及長 度1分別為：其中：120、]?11、]\1()2為搜索窗口的二階矩：3. 如權(quán)利要求2所述的波紋腹板H型鋼焊接算法，其特征在于： 搜索窗口比激光點大20 %~50 %。4.如權(quán)利要求1所述的波紋腹板H型鋼焊接算法，其特征在于： 步驟S3中，包括一個基于Kalman濾波器的焊槍激光點運動估計過程： 初始化Kalman濾波器，即初始化激光點的位置和速度，位置的初始值為手動選擇得到 的目標(biāo)或檢測得到的目標(biāo)的位置;若速度未知，可設(shè)為0,并記錄當(dāng)前時刻;然后利用當(dāng)前的 激光點運動狀態(tài)和協(xié)方差矩陣，預(yù)測焊槍激光點在下一幀中的位置和速度，獲得先驗估計 值;最終利用反饋的方法，結(jié)合新的實際觀測值與先驗估計值獲取后驗估計，并將其作為本 幀的焊槍激光點位置和速度信息，利用當(dāng)前幀camshift的跟蹤結(jié)果得到的位置信息更新 Kalman濾波器，重新預(yù)測焊槍激光點在下一幀的位置和速度，循環(huán)執(zhí)行下去。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種波紋腹板H型鋼焊接算法，包括下述步驟：步驟S1，利用攝像頭采集焊接部位的影像，然后利用canny算子檢測圖像中焊接線的位置；步驟S2，利用camshift算法跟蹤焊槍激光點的位置，將焊接線位置和激光點位置作比較形成完整的閉環(huán)控制，保證焊接的準(zhǔn)確性；步驟S3，利用kalman算法預(yù)估焊槍激光點的下一位置，使焊槍及時調(diào)整；步驟S4，根據(jù)預(yù)估點移動焊槍的同時檢測焊接線的位置，及時調(diào)整焊槍進行焊接。本發(fā)明使得H型鋼波紋腹板生產(chǎn)焊接工藝方法工序科學(xué)合理，焊接準(zhǔn)確性，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，降低了勞動強度。
【IPC分類】B23K31/02
【公開號】CN105522290
【申請?zhí)枴緾N201510971416
【發(fā)明人】徐旦, 彭力, 張磊, 聞繼偉
【申請人】無錫洲翔成套焊接設(shè)備有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月22日