摘要
本文以某钢铁生产公司在棒材生产一线需要在打捆后的棒材端面焊接标牌为研究对象，通过对企业的实际考察了解到目前棒材的标牌焊接采用的是人工焊接的方式，由于焊接劳动强度大且焊接环境危险，因此实现标牌焊接的全自动化对于提高生产效率和降低企业成本具有重大的意义。 通过对焊接现场调研发现，实现标牌焊接自动化主要面临着棒材摆放环境的复杂性、待焊接棒材直径的不确定性包括单根棒材直径和成捆棒材直径以及棒材摆放位置的不确定性三大问题，同时要求单次焊接时间不超过45s。传统的定轨迹焊接系统无法应对如此多的环境变量，因此本文通过考虑实际需求提出了一种棒材智能焊接自适应控制方法，设计并实现了基于机器视觉的棒材焊接六自由度机器人智能控制系统。本文主要研究内容如下: (1)针对棒材直径不确定和环境复杂的问题，本文提出了一种基于图像处理的焊点识别策略，实现了对焊接点的精准寻找，并提出了基于欧氏距离的离群区域剔除算法实现了离群噪声的滤除。 (2)针对棒材摆放位置不确定问题，本文提出了一种面向棒材焊接的基于激光和反馈电路的手眼转换算法，很大程度上简化了手眼转换过程。 (3)针对六自由度机器人运行轨迹问题，本文对本系统采用的六自由度机器人进行了运动学研究，实现了将棒材坐标系向机器人世界坐标系的坐标值转换。 (4)针对焊接过程中标牌和焊钉的供给问题，本文设计了以西门子S7-1200型PLC为核心的下位机控制系统，同时实现了对系统中气泵、焊枪的控制和各传感器的信号反馈。 (5)针对人机交互问题，本文采用QT技术在Windows的VS平台下开发了可视化的人机交互界面并对软件进行封装处理，实现了良好的人机交互功能。 实验最终表明，本系统的焊接精度在3.3mm以下满足了设计要求。在机器人线速度为70％的测试环境中单次完成焊接时间为35秒，相对于预期要求时间提升了22.2％,若实现机器人100％速度运行，焊接时间可再缩短8秒，完全能够满足企业生产所需。本文提出的面向棒材焊接的基于红外激光的引导机械手焊接方法更是将传统通过复杂的矩阵运算完成手眼转换的算法效率提高了18％。本系统在提高棒材生产智能化程度、降低生产成本上具有重要意义。
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