智能柔性焊接規(guī)劃、預裝校準與視覺跟蹤研究.pdf

1、工業(yè)制造已將先進生產(chǎn)理念如“4.0”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“中國制造2025”的宏偉藍圖展現(xiàn)在我們面前，大力發(fā)展智能制造業(yè)、柔性生產(chǎn)已被列入國家戰(zhàn)略高度。智能制造并不只是簡單的融合諸如信息、自動化、計算、傳感等先進的科學技術，而是一個可以先進行規(guī)劃，然后完成產(chǎn)品的整個生命周期銜接的過程。
　　柔性智能焊接系統(tǒng)作為智能制造的一個出發(fā)點和落腳點，具備保障焊接質(zhì)量、推動生產(chǎn)力發(fā)展、降低作業(yè)強度、創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益等特點，已成為業(yè)界寵兒。針對大型

2、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接過程中作業(yè)量大、工件一致性差、效率低下、焊接多樣性、焊接質(zhì)量無法保證等特點，研發(fā)出一種無需前期準備，自動糾正焊接偏差，無需示教編程，專門應對小批量定制的自動智能柔性焊接系統(tǒng)。
　　基于上述大型鋼結(jié)構(gòu)智能焊接系統(tǒng)，本文主要研究的內(nèi)容可分為基于3D鋼構(gòu)圖紙模型分析的焊接軌跡規(guī)劃、基于3D激光點云數(shù)據(jù)的預裝校準和焊縫視覺跟蹤中圖像處理三個模塊。圖紙模型分析主要對3D鋼構(gòu)圖紙即理想擺放下的模型進行焊接軌跡規(guī)劃;預裝校準模塊主

3、要通過對3D激光掃描儀獲得的點云數(shù)據(jù)進行一系列的處理算法重構(gòu)出實況下整個鋼結(jié)構(gòu)模型，通過和圖紙模型進行比對實現(xiàn)各個工件的預裝校準;在焊接過程中通過視覺跟蹤來保證焊接質(zhì)量。
　　本文首先從自動焊接系統(tǒng)的現(xiàn)實意義和理論價值出發(fā)簡要介紹了本文研究的目的和作用，接下來闡述了國內(nèi)外關于自動智能大型鋼構(gòu)焊接系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，然后介紹了一種利用3D激光掃描儀和3D圖紙進行視覺引導，利用焊縫視覺跟蹤系統(tǒng)進行精確定位的智能柔性焊接系統(tǒng)的方法，具體實施

4、過程為:
　　第一步，對3D鋼結(jié)構(gòu)圖紙模型進行分析自動生成焊接軌跡。由于圖紙信息的局限性，通過圖紙分析，結(jié)合工人師傅的焊接經(jīng)驗和約定的準則進行現(xiàn)行規(guī)劃，在得到整個模型中所有焊縫位置的前提下，對整個焊接過程分三層級進行站點規(guī)劃，焊接順序規(guī)劃、焊接方向角度求取以及防撞設置。
　　第二步，通過3D激光掃描儀實現(xiàn)對模型工件的預裝檢測。通過調(diào)用內(nèi)部傳輸協(xié)議實現(xiàn)對掃描儀的控制和對原始點云數(shù)據(jù)采集傳輸;利用體素格濾波器和基于密度的統(tǒng)計排序

5、濾波器對原始點云進行濾波處理;運用基于標靶球的閉合回路匹配算法把幾個站點的點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標系下，根據(jù)預設長方體進行裁剪，重構(gòu)出整個鋼結(jié)構(gòu)點云模型;用改進的ICP算法把點云模型和圖紙模型對齊;通過查找點云模型中一些幾何形狀的偏差，來得到各個工件的位置偏差，對于偏差較大的情況給予警示，需重新擺放，對于偏差在作業(yè)許可范圍內(nèi)的工件給予記錄，并據(jù)此偏差推算出各條焊縫偏差以補償上述模塊中的焊縫位置信息，共同來指導焊接。
　　第三步，對跟