焊接是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工方法之一,采用智能機器人實現(xiàn)自動化焊接已成為發(fā)展的必然趨勢。目前對于管道焊接機器人焊縫跟蹤的研究主要基于二維焊縫圖像,不僅無法獲取焊縫深度、坡口角度等重要參數(shù),而且難以對不同直徑的管道均實現(xiàn)高精度焊縫跟蹤。本文基于結(jié)構(gòu)光視覺測量原理設計了一套管道焊接機器人激光視覺三維引導系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠準確獲取焊縫三維信息并引導焊槍實時跟蹤焊縫進行焊接。本文的主要研究內(nèi)容有:1.設計了由激光視覺傳感系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)組成的管道焊接機器人激光視覺三維引導系統(tǒng)。其中激光視覺傳感系統(tǒng)主要用于采集、處理焊縫圖像并計算焊縫三維信息;運動控制系統(tǒng)控制焊接爬行車爬行、焊槍擺動以及焊槍高度調(diào)節(jié),實現(xiàn)對焊槍的三維運動控制。采用Modbus協(xié)議進行激光視覺傳感系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)之間的通信,實現(xiàn)實時焊縫跟蹤。2.針對管道焊接機器人的特點,研究了管道焊接機器人激光視覺三維測量原理,建立了焊縫三維形貌測量數(shù)學模型,并給出了該模型的相機內(nèi)部參數(shù)和光平面方程參數(shù)的標定方法。3.針對受到焊接弧光、焊渣飛濺強烈干擾的焊縫圖像,研究了焊縫光條圖像處理算法。提出了一種方向性模板閾值分割算法,根據(jù)焊縫圖像中... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

輪式移動焊接機器人結(jié)構(gòu)圖

6第2章管道焊接機器人激光視覺三維引導系統(tǒng)設計本章對管道焊接機器人激光視覺三維引導系統(tǒng)進行設計，分為激光視覺傳感系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)兩部分。其中激光視覺傳感系統(tǒng)使用由相機和激光器組成的激光視覺傳感器測量得到焊縫的三維形貌特征，計算焊槍的偏移情況，并將偏移量發(fā)送給運動控制系統(tǒng)；運動控制系統(tǒng)主要采用PLC實現(xiàn)，不僅能手動設置各項運動參數(shù)，而且可與激光視覺傳感系統(tǒng)通信獲取焊槍偏移量，對焊槍進行三維運動控制實現(xiàn)實時焊縫跟蹤。2.1系統(tǒng)總體設計管道焊接機器人總體系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示，焊接爬行車靠磁性輪吸附在管道上；焊槍安裝在焊槍高度調(diào)節(jié)電機上，由于焊接工藝需要，焊槍垂直于焊縫（即指向管道中心）；焊接爬行車內(nèi)部有爬行電機和焊槍擺動電機，三個電機共同實現(xiàn)焊槍的三維運動控制；激光視覺傳感器由相機和激光器組成，安裝在焊槍前方，測量焊縫三維形貌，并計算焊槍糾偏量。圖2-1管道焊接機器人總體系統(tǒng)示意圖

第2章管道焊接機器人激光視覺三維引導系統(tǒng)設計9激光視覺傳感器的體積，則會具有較大的安裝難度；2.相機垂直于焊縫（即相機中心線指向管道中心），激光器傾斜，如圖2-2(b)所示。這種位置關(guān)系較第一種圖像質(zhì)量會高很多，導前距離（焊縫上激光條的位置到焊槍當前焊接點之間的距離）也較校該方案需要注意的問題是相機距離焊槍較近，而焊槍溫度極高，相機在50℃以上的高溫環(huán)境可能會燒壞；3.激光器和相機均傾斜，如圖2-2(c)和圖2-2(d)所示。圖2-2(c)這種位置關(guān)系雖然弧光影響較小，但是會導致導前距離過大，增大了實時焊縫跟蹤的誤差；如果將激光器和相機如圖2-2(d)所示傾斜安裝在較遠處以減小導前距離，則不僅會使弧光干擾變嚴重，還會使得焊接機器人整體所占空間變大，不利于在狹隘環(huán)境下的焊接。(a)激光器垂直，相機傾斜(b)相機垂直，激光器傾斜(c)激光器傾斜，相機傾斜(d)激光器傾斜，相機傾斜圖2-2激光器和相機的位置關(guān)系綜合以上分析可以看出，方式2是最理想的激光器和相機位置關(guān)系，即圖2-2(b)所示的相機垂直于焊縫而激光器傾斜的位置關(guān)系。由于焊槍附近溫度很高，因此將焊槍高度調(diào)整機構(gòu)放在焊槍和激光視覺傳感器中間，將它們隔開，并且適當?shù)脑黾酉鄼C到焊縫的距離，防止相機被燒壞。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3018396