基于視覺傳感的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、目前服役的焊接機(jī)器人90％都是以“示教－再現(xiàn)”模式進(jìn)行工作的，少數(shù)以軌跡規(guī)劃方式工作。焊接過程中，焊槍與焊縫中心都會存在一定誤差，并且，焊接過程又是一個復(fù)雜、非線性、干擾因素較多的過程，焊接工件熱變形、咬邊、錯邊，以及焊縫間隙的變化等是不可預(yù)知的，這些因素都會直接影響到焊接質(zhì)量。在“示教－再現(xiàn)”或軌跡規(guī)劃應(yīng)用的基礎(chǔ)上，實(shí)時焊縫糾偏可以進(jìn)一步提高焊接精度，尤其適用于輔助工程上焊接易變形、裝配復(fù)雜等自動焊難以控制的工件生產(chǎn)。 本文基

2、于總裝“十一五”預(yù)研項(xiàng)目，以新型航天器燃料貯箱2mm鋁合金薄板的焊接為背景，針對脈沖TIG(鎢極惰性氣體保護(hù)焊)焊接方法，對平板直縫和平板法蘭進(jìn)行焊縫跟蹤實(shí)驗(yàn)，將傳統(tǒng)的“示教－再現(xiàn)”型機(jī)器人開發(fā)成具有實(shí)時焊縫跟蹤的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)。 本文先構(gòu)建了焊接機(jī)器人系統(tǒng)平臺，包括： 1. 設(shè)計了合適的濾光－減光系統(tǒng)，能夠清晰采集到焊接電流基值時的焊接圖像，解決了弧光對焊接圖像質(zhì)量影響較大的問題； 2. 利用PC機(jī)、A/D 卡

3、、D/A 卡、圖像卡，在Visual C++環(huán)境下，采用多線程技術(shù)，同時進(jìn)行采集圖像、處理圖像、計算并發(fā)送糾偏電壓等功能。本文研究了2mm 鋁合金薄板無坡口脈沖TIG 焊接過程中的熔池前端焊縫特征，對小窗口圖像的灰度值變化進(jìn)行了分析，并設(shè)計了基于灰度值變化速率的焊縫邊緣獲取方法。利用圖像復(fù)原，中值濾波、邊緣獲取、去除偽邊緣、最小二乘法擬合等方法開發(fā)出具有較高適應(yīng)性的圖像處理算法。該算法的精度經(jīng)驗(yàn)證，可以控制在±0.15mm 范圍內(nèi)。

4、 本文針對首鋼MOTOMAN HP6機(jī)器人糾偏系統(tǒng)不開放的特性，進(jìn)行了一系列的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)對糾偏系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真，得到較為準(zhǔn)確的糾偏電壓與偏差量關(guān)系的模型，為控制器的離線設(shè)計創(chuàng)造了條件。 本文提出了一種實(shí)時焊縫跟蹤技術(shù)，利用視覺傳感器從熔池正前方觀察焊槍槍尖投影點(diǎn)與焊縫的位置偏差，實(shí)時調(diào)整焊槍位置。同時在保障焊接穩(wěn)定性的前提下，基于機(jī)器人糾偏卡的模型，設(shè)計了模糊PID 控制器，保證機(jī)器人快速而穩(wěn)定地調(diào)整焊槍位置。