基于机器视觉的焊缝自动跟踪及CAM系统研究

发布时间：2017-10-17 05:00

  本文关键词：基于机器视觉的焊缝自动跟踪及CAM系统研究

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【摘要】：焊接是一种非常重要的加工技术,在现代机械制造领域占有极大的比重,由于手工焊接的工作条件较差,且加工效率较低,随着机器人技术的出现,将机器人应用于焊接加工实现其自动化成为当前主要的研究方向。本文针对焊接机器人加工中的焊缝视觉识别跟踪、焊接位姿控制及离线编程技术进行了研究,以MATLAB为基础开发相应的机器视觉与机器人姿态控制功能模块,该方法充分利用了MATLAB自身集成大量功能函数的优势,同时,设计了基于UG-CAM的开发便捷的焊接程序生成模块,并开发了相应的G代码编译与仿真模块。本文提出的焊接机器人离线编程系统设计方案可以有效简化开发过程,缩短开发周期,降低开发成本,此外,在焊缝视觉跟踪的基础上增加了焊枪姿态实时控制功能,可以有效提高焊接加工的质量。本文的主要研究工作如下：(1)用MATLAB图像处理工具箱对多种边缘检测算子进行了仿真,并比较了各种算子的识别效果,确定了相对最优的边缘检测算子；开发了基于VS与MATLAB混合编程的焊缝跟踪模块,并在3轴雕刻机上进行了实验验证。(2)建立了焊缝与焊枪的空间描述模型,提出了结合机器视觉传感器获取的焊缝特征信息与该数学模型实现焊枪位姿实时控制的方法,并利用MATLAB进行了仿真验证。(3)基于MATLAB实现了摄像机参数的标定,并进行了实验验证；比较了标定前后的图像效果,分析了基于该方法的标定误差并提出了改善标定精度的方法。(4)针对构建的轮胎存放架自动焊接机器人系统,确定了一种基于UG-CAM模块的焊接离线编程系统开发方案,由于UG-CAM模块不具有焊接加工功能,提出采用多轴铣削代替焊接实现其离线编程,并通过3轴雕刻机验证了该方案的可行性；开发了基于VC的G代码编译与仿真模块,用于验证离线编程程序的正确性并实现机器人的控制。
【关键词】：视觉跟踪 姿态控制 离线编程 标定技术
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TG409
【目录】：

• 中文摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11-12
• 1.2 焊缝跟踪与离线编程研究现状12-16
• 1.2.1 焊缝跟踪国内外研究现状12-13
• 1.2.2 手眼标定国内外研究现状13-14
• 1.2.3 离线编程国内外研究现状14-16
• 1.3 课题意义与研究内容16-18
• 1.3.1 课题意义16-17
• 1.3.2 研究内容17
• 1.3.3 论文结构17-18
• 第2章 焊缝视觉识别跟踪18-29
• 2.1 图像处理基础18-20
• 2.1.1 图像预处理19
• 2.1.2 图像分割19
• 2.1.3 图像后处理19-20
• 2.2 图像处理流程及MATLAB仿真20-28
• 2.2.1 开窗口分析法20-21
• 2.2.2 中值滤波21-22
• 2.2.3 边缘检测22-25
• 2.2.4 去除伪边缘25-26
• 2.2.5 轨迹拟合26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 焊接位姿控制及仿真29-43
• 3.1 机器人位姿的基础理论29-32
• 3.1.1 机器人的位姿描述29-30
• 3.1.2 机器人坐标系的齐次变换及运算30-32
• 3.2 焊接位姿模型32-36
• 3.2.1 焊缝模型的相关定义32-34
• 3.2.2 焊缝位姿变换的数学模型推导34
• 3.2.3 焊枪模型的相关定义34-35
• 3.2.4 焊枪位姿变换的数学模型推导35-36
• 3.3 焊接位姿控制的MATLAB仿真36-42
• 3.3.1 MATLAB仿真模型的建立36-38
• 3.3.2 MATLAB仿真结果分析38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 摄像机标定与手眼标定43-60
• 4.1 摄像机模型43-46
• 4.1.1 小孔模型43-44
• 4.1.2 摄像机内参数模型44-46
• 4.1.3 摄像机外参数模型46
• 4.2 基于MATLAB的摄像机标定46-50
• 4.3 手眼关系基本方程的建立50-52
• 4.4 参数分离的手眼标定方法52-56
• 4.4.1 摄像机运动方向的确定52-53
• 4.4.2 旋转矩阵的标定53-55
• 4.4.3 平移向量的标定55-56
• 4.5 视觉跟踪实验56-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 焊接的离线编程60-70
• 5.1 基于UG的离线编程系统60-65
• 5.1.1 UG的CAM功能简介61-62
• 5.1.2 基于UG的焊接离线编程62-65
• 5.2 基于VC的G代码编译及仿真模块65-69
• 5.2.1 基于VC的G代码编译原理65-68
• 5.2.2 G代码编译及仿真模块设计68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-73
• 6.1 研究工作总结70-71
• 6.2 研究工作展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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本文编号：1046902