基于视觉引导的大型储罐机器人焊接系统研究

发布时间：2023-04-01 23:36

　　目前,大型储罐在焊接施工中所采用的自动焊接装置在焊前都需要手工将焊丝调整到剖口焊接位置,并未实现真正的自动化焊接。焊接时装置沿固定导轨移动从而带动焊丝沿剖口移动施焊,由于储罐板材在加工制造以及装配定位上的误差以及焊接变形等原因,板材剖口在某些位置会存在一定程度的错位,然而焊接装置对这种情况却不能做出相应的自适应调整,其仍然会按照固定的轨迹进行焊接,这极易导致偏焊现象的发生,影响焊接质量。因此,为提高大型储罐的焊接施工效率,保证焊接质量,提升储罐焊接自动化及智能化程度,本文提出了一种基于视觉引导的大型储罐机器人焊接系统,并对该系统展开研究。第一,本文对焊接数值模拟计算的理论基础进行了研究,讨论了焊接热传导和热弹塑性的有限元分析方法,分析了材料在弹塑性状态下的应力应变关系。第二,本文构建了储罐板材的焊接有限元模型,基于热-机耦合原理对储罐板材多层多道焊过程进行仿真分析。参照工程实际设置焊接热源模型,单独改变热源模型中的焊接电流、电压与速度三大影响因子,形成不同焊接工艺组合,并对不同工艺组合下的焊接温度场、应力应变场以及焊接变形进行了分析。将所有分析结果进行整理,并形成了一个数据库,在对该数...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 储罐自动焊接技术研究动态
        1.2.2 焊接机器人研究动态
        1.2.3 视觉引导自动化焊接技术研究动态
    1.3 主要研究内容
    1.4 技术路线
2 焊接过程的有限元分析理论与方法
    2.1 焊接温度场分析
        2.1.1 热传导问题的数学描述
        2.1.2 热传导问题的有限元分析
    2.2 焊接应力场分析
        2.2.1 基本假定
        2.2.2 应力应变关系
    2.3 焊接热-机耦合问题的有限元法
    2.4 Marc软件介绍
    2.5 本章小结
3 基于热-机耦合的焊接工艺优化
    3.1 有限元模型建立
        3.1.1 几何模型与网格划分
        3.1.2 材料热物理及力学性能参数
        3.1.3 热源的选取
        3.1.4 初始条件与边界条件
    3.2 焊接数值模拟结果分析
        3.2.1 焊接温度场结果分析
        3.2.2 焊接应力场结果分析
        3.2.3 焊接变形结果分析
    3.3 焊接工艺优化
        3.3.1 工艺优化原则
        3.3.2 焊接工艺优化模型的建立
    3.4 本章小结
4 基于视觉引导的机器人焊接系统设计
    4.1 系统平台的设计
        4.1.1 焊接机器人模块
        4.1.2 视觉传感模块
    4.2 相机标定
        4.2.1 相机模型的常用坐标系
        4.2.2 相机的成像模型
        4.2.3 基于Halcon的相机标定
    4.3 机器人手眼标定
        4.3.1 手眼标定的基本原理
        4.3.2 手眼标定的实现
    4.4 本章小节
5 焊缝图像处理与坐标提取
    5.1 图像预处理
        5.1.1 图像灰度转换
        5.1.2 图像平滑滤波
        5.1.3 图像阈值分割
    5.2 连通域提取
        5.2.1 连通域划分定义
        5.2.2 求取连通域
        5.2.3 感兴趣区域提取
    5.3 数学形态学处理
        5.3.1 数学形态学的理论基础
        5.3.2 拼接对缝的形态学处理
    5.4 焊缝边缘检测
        5.4.1 边缘检测算子
        5.4.2边缘检测算子效果对比实验
        5.4.3 边缘检测的亚像素级别
    5.5 焊缝骨架提取
        5.5.1 骨架的定义及性质
        5.5.2 骨架的提取方法
        5.5.3 焊接路径坐标提取
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者在攻读学位期间发表的论著及取得的科研成果



本文编号：3778083