基于机器视觉的煤气瓶底圈自动焊接系统

【摘要】：我国是煤气瓶生产和使用大国。瓶体和底圈的焊接是煤气瓶生产过程中第一道焊接工序。目前，我国的煤气瓶底圈焊接主要是人工焊接或半自动化焊接。焊接质量不稳定，焊接效率低，工人劳动强度大，工作环境恶劣，甚至影响人体健康。近年来，焊接的人工成本越来越高，企业为增强竞争力，急需相应的自动化焊接机。针对煤气瓶底圈焊接的现状，本文的主要研究如下： （1）根据煤气瓶底圈物理特点和焊接工艺要求，研究设计了自动焊接机的机械系统。主要包括焊枪夹持装置、底圈抓取和传送装置、瓶体抓取和传送装置、焊件定位和主轴转动装置。其中焊枪夹持装置实现焊枪的三自由度可调，能准确对准焊缝中心位置。底圈抓取和传送装置采用永磁体吸盘作为抓取结构，以摆动气缸为驱动器，此方式降低了开发成本。瓶体抓取和传送装置以直线导轨、滚珠丝杆和伺服电机为驱动组合，可精确实现瓶体的抓取和传送工作。焊件主轴转动装置采用直流电机实现施焊过程的调速，运用摆动气缸快速定位起焊点。 （2）对焊机中的标准器件进行了选型设计。包括标准气缸、摆动气缸、直线滑轨、滚珠丝杆、伺服电机、磁粉制动器、真空吸盘。在底圈抓取和传送装置中，讨论了两种不同转速对摆动气缸选择的影响。在瓶体抓取传送装置中，给出了三种不同宽度直线导轨的使用寿命长度。 （3）为实现焊缝的自动识别，研究了Roberts边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Prewitt边缘检测算子、Canny边缘检测算子、数学形态学的边缘检测算子，提出了基于Canny算法和数学形态学的焊缝边缘检测方法，实现了瓶体和底圈形成焊缝的边缘检测。结合局域扫描法，计算得到焊缝中心位置曲线。仿真结果验证了此方法能得到清晰的焊缝边缘和中心曲线。 【关键词】：机器视觉 自动焊接 焊缝图像识别 Canny算子 数学形态学
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG409;TP391.41
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 选题的背景与意义12-13
• 1.2 电焊基本原理13
• 1.3 焊接自动化的关键技术13-17
• 1.3.1 机械技术14
• 1.3.2 传感器与图像处理技术14-15
• 1.3.3 伺服传动技术15-16
• 1.3.4 自动控制技术16
• 1.3.5 系统技术16-17
• 1.4 焊接自动化设备的发展现状和趋势17-18
• 1.4.1 国内焊接设备的发展现状17
• 1.4.2 国外焊接设备的发展现状17-18
• 1.4.3 焊接机的发展趋势18
• 1.5 课题的主要内容与章节安排18-20
• 第二章 焊接机机械系统设计20-31
• 2.1 机械系统设计的步骤20
• 2.2 自动化焊接机设计的原则20-23
• 2.3 焊接机机械系统总体设计23-25
• 2.4 焊接机机械部件设计25-30
• 2.4.1 焊接机执行部件结构26-27
• 2.4.2 焊件抓取和传送装置设计27-29
• 2.4.3 瓶体定位和主轴转动装置设计29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 驱动器件的计算选型31-48
• 3.1 气缸计算选型31-38
• 3.1.1 焊枪夹持装置中气缸计算选型31-32
• 3.1.2 底圈抓取传送装置中气缸计算选型32-37
• 3.1.3 瓶体抓取传送装置中气缸计算选型37
• 3.1.4 主轴转动装置中摆动气缸的选型37-38
• 3.2 直线导轨的计算选型38-44
• 3.2.1 瓶体抓取传送装置中直线导轨选型39-43
• 3.2.2 焊枪夹持装置升降机构中直线导轨选型43-44
• 3.3 滚珠丝杆的计算选型44-46
• 3.4 磁粉制动器的计算选型46
• 3.5 伺服电机的计算选型46-47
• 3.6 真空吸盘计算选型47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 焊缝图像的边缘检测算法48-60
• 4.1 经典的边缘检测算子48-50
• 4.1.1 Roberts 边缘检测算子49
• 4.1.2 Sobel 边缘检测算子49-50
• 4.1.3 Prewitt 边缘检测算子50
• 4.2 基于 Canny 算子的边缘检测方法50-52
• 4.2.1 高斯滤波平滑图像51
• 4.2.2 梯度幅值的非极大值抑制51
• 4.2.3 双阀值方法检测和边缘连接51-52
• 4.3 结合 Canny 算子和数学形态学的焊缝中心检测方法52-54
• 4.3.1 基于数学形态学的边缘检测算子52-53
• 4.3.2 局域扫描法53-54
• 4.3.3 结合 Canny 算子和数学形态学的边缘检测方法54
• 4.4 试验结果分析54-58
• 4.5 机械系统和算法实现流程58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录67

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