空间曲面焊缝轨迹自动提取系统研究与开发

发布时间：2020-04-10 07:31

【摘要】：曲面工件焊缝的自动焊接一直以来是工业自动化中的一项难点,尤其是对具有不规则曲面的工件。随着各类复杂形状的工艺零件出现,工业上对不规则曲面工件的自动焊接需求也越来越多。自动焊接的关键在于对焊缝轨迹的精确提取,而不规则曲面工件由于定位夹具设计困难导致其焊缝提取更加不易。目前大部分生产线还是采用人工方式进行焊缝提取,既费时又高成本。较先进的生产线采用激光扫描仪与示教机器人对不规则曲面工件进行焊缝提取,但需要设计较高精度的专用夹具。因此高效和准确的焊缝提取系统显得格外重要,本文设计并实现一种焊缝轨迹自动提取系统,主要研究内容如下:1、采用单线激光扫描仪SmartRay、光学尺、两相步进电机等设备搭建了扫描工件的硬件平台,实现对扫描仪的单向运动控制与数据采集。2、针对不规则曲面工件的CAD模型点云和实体点云,提出一种基于PCA坐标系转换的粗配准算法,用于快速预估CAD焊缝相对实际工件中焊缝的大致位姿。3、通常扫描点云的数据量在几十万至百万级,而实际焊缝仅占其中的少量部分。为了缩小焊缝的提取范围,需要先对扫描点云进行特征提取。本文针对线激光点云的特性,采用降维数据方式进行快速特征提取。4、基于ICP和libnabo算法,将粗配准后的CAD焊缝点云与实体特征点云进行精确配准,获取特征点云中的焊缝位姿。并结合完整实体点云,对所提取的焊缝进行修正补偿。5、基于Windows系统下的MFC框架,结合开源点云库PCL,设计了简易操作的一体化系统软件,使用者可选择不同参数或配准选项进行在线与离线时的焊缝提取,并查看焊缝提取效果。采用本文方案可减少焊缝提取时的大量人为操作,无需对工件设计专用定位夹具。实验证明了本文算法对不规则曲面焊缝提取的可行性与高效性,且比同类算法的提取效果更好。软件系统可在短时间内对不规则曲面工件进行自动焊缝提取,硬件系统的元件易于获取与更换,可节省大量人力与物力。
【图文】：

对于平面焊缝和圆柱形曲面焊缝，，如图ｌ－ｌ（ａ）和（ｂ）所示，大多工业生产线选择逡逑接触式焊缝提取，其焊缝定位夹具设计简易且通用性强。但对于较复杂甚至不规则逡逑类型的曲面焊缝，如图１－Ｕ０和（ｄ）所示，若采用接触式焊缝提取则需要设计较高精逡逑度的专用夹具，成本较大且通用性差。逡逑（ａ）逦逦（ｂ）逦逡逑（ｃ）逦（ｄ）逡逑图１－１四种常见自动焊接方式逡逑１逡逑

SmartR州
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409

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本文编号：2621937