无轨道埋弧焊小车焊缝自动跟踪系统研究
发布时间：2021-08-07 06:03
本课题的研究背景为船舶甲板的焊接问题。甲板的拼接焊缝长度为几米至几十米,由于焊缝为长直焊缝且钢板较厚,通常采用轨道式埋弧焊焊机进行焊接。但是这种焊机的轨道安装和校正较为繁琐,移动较为困难,轨道的长度也无法满足各种长度焊缝的焊接需求。本课题针对上述问题设计了一种无轨道焊缝自动跟踪系统,该系统使用履带小车带动焊枪移动的方式摆脱了安装和校正轨道的过程,设备也可以在施工现场更快、更方便地移动。该系统采用高清摄像头作为视觉传感器,对采集到的图像进行图像处理并计算出焊缝偏差信息,据此向焊枪进给机构发送运动指令控制焊枪运动以实现在车体运动时焊枪实时纠偏的功能。研究中采用了一部已具备的,可满足研究需要的履带式小车,并对焊枪进给机构、磁性履带机构、焊枪夹持机构等进行了机械设计,对车体进行了强度校核。并在此基础上,设计了一套基于CTSC-200 PLC的控制系统,安装在车体内部。在软件方面,本课题设计了一个基于OpenCV计算机视觉库的焊缝图像处理程序。焊缝边缘是焊接图像识别中的重要特征,在试验后总结出了一套完整的图像处理流程找出图像中的焊缝边缘信息,识别程序通过Python语言实现。该程序计算效率高、适...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
轨道式埋弧自动焊接小车Fig.1.1Orbitalsubmergedarcweldingvehicle
第1章绪论3于焊接封闭双壳结构中的U形焊接区域，能够通过600mm宽、800mm高的检修孔将自身置于双壳结构中。机器人的机械系统由八轴移动平台和六轴焊接单元组成。控制系统由主控制器、焊接机控制器（电弧传感器板）和焊缝跟踪传感器（即触摸传感器、激光传感器和电弧传感器）组成，主控制器嵌入安装在移动平台的背面[8]，如图1.2所示。图1.2自驱动移动焊接机器人Fig.1.2Selfdrivingmobileweldingrobot韩国现代重工自动化与控制研究部的SungHK等学者研制了一种焊接机器人系统。小型机械机器人采用基于控制器局域网络通信的电机驱动器，使焊接机器人的布线最小化。该机器人使用了一种自动间隙测量和焊道设计算法，建立了药芯焊丝电弧焊和气体保护焊的最佳焊接条件数据库。这种焊接机器人系统在车间试验中表现出良好的性能，并在HHI船厂进行了优化[9]。法国国家科学院HascortJY等学者于SHIPWELD联合体开发了一种新的机器人系统，该系统能在船体上自主移动并自动执行所需的焊接过程，实物如图1.3所示。该系统的焊炬在交叉安装的两个直线导轨上运动，形成Y-Z直线制导系统。每个导向装置都有100mm的行程，并驱动焊炬，使其与控制器和轨迹发生器确定的所需运动相对应。运动控制由两个嵌入式步进电机提供。焊接的直线运动由焊接牵引机提供，牵引机底部具有永磁机构使其能够在所有焊接位置进行焊接。跟踪系统采用二维激光轮廓仪扫描待焊接的钢板并将这些轮廓信息发送到系统处理器，经处理后操纵直线导轨，以驱动焊枪到所需位置。焊接根据焊枪位置和规定的焊接参数进行。为了对焊接过程进行可视化确认，系统中嵌入了摄像头，以便可以随时通过视频直播查看焊接过程[10]。
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.3船体自动焊接机器人Fig.1.3Hullautomaticweldingrobot（2）国内发展现状：我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家将工业机器人的开发列入了发展计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容。近年来由于我国经济的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，全自动焊接机器人逐渐崭露头角。随着数字化技术日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市常三峡工程、西气工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。目前国产焊接机器人有沈阳新松、广州数控、上海新时达、安徽埃夫特、南京埃斯顿等品牌产品。潘季銮院士团队研制了一种全位置弧焊机器人，是能够在垂直陡壁上进行作业的移动机器人，应用领域主要是用来在壁面、球面及管道等曲面上爬行焊接，如图1.4所示。该机器人是在国内外首次研究成功的全位置爬行机构，该机构具有很强的负载能力和良好的受控性能，运动灵活，在立面和仰面上负载能力可达120kg。随着大型结构件的应用越来越多，这种机器人有着广阔的应用前景。这种机器人机械系统的任务是将携带的焊接装置移动到壁面上所需达到的任意位置，移动机构主要采用履带式移动机构，在壁面上的吸附方式主要采用电磁吸附的方式。整个系统由爬行机构、图像传感系统、控制电路及计算机信息处理控制系统组成。爬行机构是机器人的运动动力系统，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚四氟乙烯悬浮树脂的特点及应用[J]. 贺万一. 山东化工. 2019(16)
[2]基于Hough变换的直线提取方法及改进[J]. 王琦,宋伟东,王竞雪. 测绘与空间地理信息. 2019(06)
[3]基于Python语言的图像识别算法设计[J]. 陈倩,陈建敏. 江苏科技信息. 2019(12)
[4]船体结构焊接工艺研究[J]. 李宁. 科学技术创新. 2019(09)
[5]基于Canny算子的改进型图像边缘提取算法[J]. 范晞,费胜巍,储有兵. 自动化与仪表. 2019(01)
[6]基于自适应阈值和形态学的改进分水岭分割算法[J]. 罗山,张冬梅. 山西电子技术. 2018(06)
[7]焊接可视化技术的发展与研究现状[J]. 于英飞,郭吉昌,朱志明. 焊接. 2017(12)
[8]船舶曲面板列焊接自动化[J]. 李高进,伍朝晖,徐宝东,杨龙飞,苏娟娟,张剑锋. 造船技术. 2017(02)
[9]浅述我国船舶焊接技术的现状及发展[J]. 赵志锋. 科技经济市场. 2016(11)
[10]基于Modbus/TCP的宽高仪表上位机动态链接库的实现[J]. 师长义,李丽宏. 仪表技术与传感器. 2016(05)
硕士论文
[1]自主全位置移动爬壁越障焊接机器人控制系统研究[D]. 潘根.上海交通大学 2017
[2]基于履带式永磁吸附的爬行焊接机器人设计[D]. 卢华兵.华中科技大学 2017
[3]PR1400焊接机器人轨迹优化[D]. 李精伟.南京理工大学 2017
[4]基于STM32的无刷直流电机控制系统设计[D]. 赵伟.南京信息工程大学 2016
[5]基于CCD螺旋管埋弧焊外焊自动跟踪系统研究[D]. 张志刚.沈阳工业大学 2016
[6]基于S7-200PLC控制器实现冗余系统的研究[D]. 周聪.武汉工程大学 2015
本文编号：3327227
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
轨道式埋弧自动焊接小车Fig.1.1Orbitalsubmergedarcweldingvehicle
第1章绪论3于焊接封闭双壳结构中的U形焊接区域，能够通过600mm宽、800mm高的检修孔将自身置于双壳结构中。机器人的机械系统由八轴移动平台和六轴焊接单元组成。控制系统由主控制器、焊接机控制器（电弧传感器板）和焊缝跟踪传感器（即触摸传感器、激光传感器和电弧传感器）组成，主控制器嵌入安装在移动平台的背面[8]，如图1.2所示。图1.2自驱动移动焊接机器人Fig.1.2Selfdrivingmobileweldingrobot韩国现代重工自动化与控制研究部的SungHK等学者研制了一种焊接机器人系统。小型机械机器人采用基于控制器局域网络通信的电机驱动器，使焊接机器人的布线最小化。该机器人使用了一种自动间隙测量和焊道设计算法，建立了药芯焊丝电弧焊和气体保护焊的最佳焊接条件数据库。这种焊接机器人系统在车间试验中表现出良好的性能，并在HHI船厂进行了优化[9]。法国国家科学院HascortJY等学者于SHIPWELD联合体开发了一种新的机器人系统，该系统能在船体上自主移动并自动执行所需的焊接过程，实物如图1.3所示。该系统的焊炬在交叉安装的两个直线导轨上运动，形成Y-Z直线制导系统。每个导向装置都有100mm的行程，并驱动焊炬，使其与控制器和轨迹发生器确定的所需运动相对应。运动控制由两个嵌入式步进电机提供。焊接的直线运动由焊接牵引机提供，牵引机底部具有永磁机构使其能够在所有焊接位置进行焊接。跟踪系统采用二维激光轮廓仪扫描待焊接的钢板并将这些轮廓信息发送到系统处理器，经处理后操纵直线导轨，以驱动焊枪到所需位置。焊接根据焊枪位置和规定的焊接参数进行。为了对焊接过程进行可视化确认，系统中嵌入了摄像头，以便可以随时通过视频直播查看焊接过程[10]。
沈阳工业大学硕士学位论文4图1.3船体自动焊接机器人Fig.1.3Hullautomaticweldingrobot（2）国内发展现状：我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家将工业机器人的开发列入了发展计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容。近年来由于我国经济的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，全自动焊接机器人逐渐崭露头角。随着数字化技术日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机、数字化控制技术业已面世并已稳步地进入市常三峡工程、西气工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。目前国产焊接机器人有沈阳新松、广州数控、上海新时达、安徽埃夫特、南京埃斯顿等品牌产品。潘季銮院士团队研制了一种全位置弧焊机器人，是能够在垂直陡壁上进行作业的移动机器人，应用领域主要是用来在壁面、球面及管道等曲面上爬行焊接，如图1.4所示。该机器人是在国内外首次研究成功的全位置爬行机构，该机构具有很强的负载能力和良好的受控性能，运动灵活，在立面和仰面上负载能力可达120kg。随着大型结构件的应用越来越多，这种机器人有着广阔的应用前景。这种机器人机械系统的任务是将携带的焊接装置移动到壁面上所需达到的任意位置，移动机构主要采用履带式移动机构，在壁面上的吸附方式主要采用电磁吸附的方式。整个系统由爬行机构、图像传感系统、控制电路及计算机信息处理控制系统组成。爬行机构是机器人的运动动力系统，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚四氟乙烯悬浮树脂的特点及应用[J]. 贺万一. 山东化工. 2019(16)
[2]基于Hough变换的直线提取方法及改进[J]. 王琦,宋伟东,王竞雪. 测绘与空间地理信息. 2019(06)
[3]基于Python语言的图像识别算法设计[J]. 陈倩,陈建敏. 江苏科技信息. 2019(12)
[4]船体结构焊接工艺研究[J]. 李宁. 科学技术创新. 2019(09)
[5]基于Canny算子的改进型图像边缘提取算法[J]. 范晞,费胜巍,储有兵. 自动化与仪表. 2019(01)
[6]基于自适应阈值和形态学的改进分水岭分割算法[J]. 罗山,张冬梅. 山西电子技术. 2018(06)
[7]焊接可视化技术的发展与研究现状[J]. 于英飞,郭吉昌,朱志明. 焊接. 2017(12)
[8]船舶曲面板列焊接自动化[J]. 李高进,伍朝晖,徐宝东,杨龙飞,苏娟娟,张剑锋. 造船技术. 2017(02)
[9]浅述我国船舶焊接技术的现状及发展[J]. 赵志锋. 科技经济市场. 2016(11)
[10]基于Modbus/TCP的宽高仪表上位机动态链接库的实现[J]. 师长义,李丽宏. 仪表技术与传感器. 2016(05)
硕士论文
[1]自主全位置移动爬壁越障焊接机器人控制系统研究[D]. 潘根.上海交通大学 2017
[2]基于履带式永磁吸附的爬行焊接机器人设计[D]. 卢华兵.华中科技大学 2017
[3]PR1400焊接机器人轨迹优化[D]. 李精伟.南京理工大学 2017
[4]基于STM32的无刷直流电机控制系统设计[D]. 赵伟.南京信息工程大学 2016
[5]基于CCD螺旋管埋弧焊外焊自动跟踪系统研究[D]. 张志刚.沈阳工业大学 2016
[6]基于S7-200PLC控制器实现冗余系统的研究[D]. 周聪.武汉工程大学 2015
本文编号：3327227
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