基于面结构光的T型焊接接头成形角度测量

针对钛合金带筋壁板T型焊接接头成形角度的测量需求,基于面结构光三维扫描仪设计了三维点云测量系统,以获取T型焊接接头区域三维点云。首先,对三维点云进行预处理,利用统计滤波去除离群点,通过直通滤波剪除场景点云和冗余点云,再用体素化栅格法简化点云;然后,使用区域增长算法分割出T型焊接接头的筋板点云和壁板点云;最后,基于随机抽样一致性（RANSAC）算法拟合出分割后的筋板和壁板平面点云,得到平面法向量,计算求得T型焊接接头的成形角度。将焊接前的测量角度反馈给装配机器人,用来修正筋板的装配精度;焊接后的测量角度则用来评判焊接成形质量。计算结果表明,运用所提的点云数据处理方法能快速精确地计算出T型焊接接头的成形角度。     

基于激光测距的船体分段焊缝自主寻位

采用激光测距传感器扫描船体格子间型结构件工件的各个侧面,得到特征点,经算法处理生成离线机器人程序.基于该焊缝寻位方法,将柔性化的焊缝寻位技术集成于机器人平台载体,并利用C#语言开发了一套可用于格子间型件焊缝寻位的软硬件系统.该系统能精确地实现焊缝轨迹的自主寻位,系统精度为0.4mm,重定位精度为0.16mm.实现了格子间型件非接触式快速寻找焊缝的功能,大大缩短了焊缝寻位时间.     

视觉-激光混合式3D测量方法及自动装配研究

自动化装配作业面临基座螺纹孔位置不固定和大臂工件在搬运过程中位姿变化的问题。该文采用激光测量与视觉检测相结合的方法,实现大臂工件三维位姿测量,解决了工件搬运过程中位姿变化的问题。采用动态阈值方法提取螺纹孔连通域,通过形态学处理,提取出螺纹孔的位置特征,以装配底座为基准确定Y、Z坐标值与R_X欧拉角。以基座螺纹孔轮廓作为特征模板,求取大臂与装配底座位姿的偏移量。激光传感器得到大臂工件的X方向信息,通过几何二面角求解与基准位姿的R_Y、R_Z欧拉角偏差。最后在机器人装配系统上进行30次实验,定位姿态误差小于0.1°,位置误差小于0.2 mm,验证了提出的工件位姿测量方法的有效性。     

基于自适应子模式流形学习的三维工件位姿估计方法

为了实现复杂工业环境中单目视觉三维工件的实时精确定位,提出了一种基于自适应子模式流形学习(SP-IVP)的三维工件位姿估计方法.给出了通过非线性降维框架和重构高维空间的流形构建方法,获得最优保持本质变量连续性的低维特征子空间;实现了基于该流形构建方法的工件位姿估计;进而给出了自适应子模式的分割规则,并提出了遮挡情况下基于SP-IVP的工件位姿估计方法.以3种常见工件为试验对象,水平旋转和垂直旋转为零件的本质变量,完成了遮挡以及无遮挡情况下的工件位姿估计.结果表明:所提出方法的平均位姿估计时间为73.6 ms,可满足实时处理的需求;螺丝钳、曲柄轴和圆柱体定位准确率为95.4%,96.1%,98.4%;在不同遮挡情况下,新方法的识别率高于其他方法,并且进行子模式分割的识别率高于不进行子模式分割的方法.     

基于改进的FREAK算法的机器人抓取系统

为了解决工业机器人对带有复杂纹理的平面型工件的识别与定位问题,将机器视觉技术与工业机器人相结合。利用改进的FREAK算法对目标工件进行快速识别,并根据工件的形状和单应矩阵计算出工件的形心坐标和旋转角度,再结合双目视觉系统,获取机器人抓取点的三维位姿信息,引导SCARA机器人抓取目标工件。实验结果表明:在复杂的工业环境下,机器人抓取系统能够准确识别出目标工件,具有良好的鲁棒性,同时也满足工业生产的实时性要求。     

箱型箱装配焊接过程中的扭转判据及其应用

建立了装配焊接过程箱型梁的扭转判据.并应用判据阐明箱型梁扭转变形的基本性质,建立箱型梁扭转矫正量计算的通用方法.     

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.     

基于双显微视觉的光刻版位姿定位算法

光刻版工件移动位姿的精确定位及调整是完成其视觉对位的关键。本文针对光刻版工件跨尺度级高精度对位的难点,搭建了双显微视觉对位系统,通过双显微视觉的局部位姿检测,解决了工件尺寸与定位精度之间的矛盾。具体方法为：首先采用双显微视觉获取工件两端局部图像;接着提出改进Canny算法并基于多项式插值的边缘细分完成亚像素级边缘轮廓提取;然后基于RANSAC算法拟合边缘轮廓,获得左右相机图像中“Mark”标志中心点位置坐标及偏转角度;最后通过推导局部位姿间数学关系完成光刻版工件的精确位姿定位。实验结果表明：所设计的视觉算法对于0.5 mm平行线的距离检测精度达1.93 μm、角度提取精度达0.018°;对于光刻版的移动位姿的定位精度达0.64 μm,能满足视觉对位过程中高速高精度的定位需求。     

轨道用箱型梁的制作方法

现在钢结构中有大量的箱型结构,箱型结构存在着四条主角焊缝为部分熔透焊或全熔透焊,焊后由于焊缝收缩,极易发生旁弯或扭曲变型的特点,由于箱型结构刚度大,既使运用机械或火焰来矫正也很难成功,因此,制定箱型梁成型前的组装及焊接工艺就显得非常重要,本文介绍一种对制作尺寸精度要求极高、轨道用箱型梁的制作方法。     

大型飞机机身壁板装配位姿调整系统的运动规划

为了解决大型飞机机身壁板数字化装配中的调姿与对接问题,设计了一种面向大型飞机机身部装的数字化柔性工装试验样机,提出了一种基于精密三坐标定位器四点支撑的大型飞机机身壁板的装配位姿调整方法.该方法不仅适合于调姿路径不确定的情况,而且还将装配位姿调整过程分解为位置与姿态2个调整阶段,从而降低了多轴协调控制的难度.由于装配件的位移、速度、加速度轨迹的理论计算与物理实验结果均是光滑连续的,而且满足各边界约束条件,因此该调姿系统及其运动规划方法可满足机身壁板装配调姿的精度、效率和稳定性要求,为装配件调姿运动的高效精确控制奠定了基础.     

用于位姿测量的LED标识点坐标优选方法

单目视觉位姿测量过程中,被测物体与摄像机光轴之间的夹角随着姿态的变化而变化,并受到环境噪声、提取算法和摄像机等因素的影响,像平面的像点坐标存在不可忽略的误差,单目多角度标识点三维坐标测量方法实现了位姿测量过程和坐标测量过程的统一,能够减小图像中心提取误差的影响.本文研究了单目视觉位姿测量的误差传播模型,从摄像机图像误差出发,预测和估计输出姿态误差,选取最适合的单目多角度定位标识点坐标,实验结果证明本文提出的基于误差传播的定位标识点坐标优选方法能够有效地提高单目视觉位姿测量的精度.     

薄壁箱型梁制作工艺

薄壁箱型结构较其它结构形式复杂,且焊接热输入相对较大,易变形,如制作过程中装配精度不够,出现累积变形将不易矫正,因此为保证箱体的结构尺寸,必须严格控制箱体的焊接变形,制定合理的制作工艺,严格各工序质量要求,做到严谨、科学、合理,本文通过轮胎式集装箱场桥大梁的制作,阐述薄壁箱型梁的制作工艺。     

基于激光跟踪的V型坡口焊接机器人研究

介绍了激光跟踪焊接机器人的结构组成和工作原理。在分析了V型坡口焊缝空间位置和形状特征的基础上,采取结构光法标定焊缝图像,经过焊缝条纹图像处理,提取焊缝特征点,根据三角测量原理建立了特征点的三维坐标。通过建立图像空间到机器人末端焊枪的笛卡尔空间雅可比矩阵,计算出焊枪在基坐标下的位姿,利用机器人逆运动学方程,求得机器人各关节的位置值,最后由关节控制器控制各个关节的运动,实现了机器人V形坡口焊接的视觉控制。     

中厚板焊接机器人焊枪位姿规划

针对中厚板多层多道焊接人工示教效率低,焊枪位姿无法精确控制而引起焊接质量不稳定等问题,提出一种新型变换焊枪位姿方法.该方法采用公式算法完成焊枪位姿示教,即用离线编程软件定义一条轨迹,基于此轨迹建立坐标系,在已知焊缝形状与大小的情况下,结合焊接工艺库,通过欧拉角变换与四元数计算变换焊枪位姿参数,从而自动生成其余焊道轨迹.仿真与实验证明:该方法适合简单与复杂曲线焊缝,提高了焊接稳定性与效率,可为离线编程研究提供理论基础.     

基于模型匹配的结构光视觉焊接接头定位

提出一种基于模型的焊缝特征位置提取与识别方法.通过定义简单的参数化焊接接头模型,使用部分豪斯多夫距离(PHD)作为相似性度量准则,利用迭代匹配的方法使得焊接接头模型快速地逼近实际焊接接头的位姿.为了保证方法的可靠性与实时性,利用统计分析的方法设置相关的匹配参数,并通过将位姿参数空间定义在结构光平面而实现了参数空间的降维.实验结果表明,该方法在满足实时性的条件下保证了最后结果的精确性,满足实际应用的要求.     

大型筒体-尾喷管位姿建模与精确装配方法

针对大型筒体-尾喷管对接装配的现场特点及安全性要求，为提高其装配精度及效率，提出一种基于关键位姿矢量及LD－PSD多参量在线检测反馈的精确装配新方法.利用跟踪仪获取标定块上标记点的实际坐标，依据其理论坐标和实测坐标的偏差建立最小二乘矩阵模型， 利用SVD法实现测量坐标系与全局坐标系空间配准.跟踪仪获取喷管、筒体关键点坐标，利用最小二乘及霍夫变换建立喷管、筒体当前位姿模型.研制六自由度装配设备，基于位姿矢量反解喷管位姿调整参量，完成姿态预调整.启动LD－PSD在线反馈系统，规划微调整路径，对喷管位姿多次纠偏以满足给定装配精度要求.在某动力厂的试验表明:装配过程平稳、高效，实现了筒体-尾喷管的精准对接.     

基于立体视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。     

基于双目视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。     

激光视觉机器人焊接中同时标定摄像机和手眼关系的方法

摄像机和机器人手眼标定是视觉机器人应用中的重要组成部分。针对激光视觉机器人焊接,根据机器人手眼矩阵和机器人末端对基坐标系的位姿矩阵的特定关系,提出了一种同时标定摄像机和机器人手眼的方法。用所设计的标定物对此方法进行标定试验,由非线性最小二乘优化法求解待标定的参数。从焊缝上取20个样点,利用标定结果恢复其三维空间坐标,并与实际三维坐标对比,平均误差为0.12mm,满足焊缝跟踪要求。     

快速成型中的三维数据准备

快速成型中的三维数据包括物体的三维CAD模型、通过三维数字化测量仪器测得的物体表面的三维数据点云、STL文件及三维模型的切片. 通过概念设计和反求工程中的三维扫描可以建立物体的三维CAD模型, 并着重讨论了工件表面点三维数据的获取方法及数据点云的处理, STL文件的格式、精度、分割与拼接.