基于结构光视觉的焊接专机焊缝跟踪系统的分析

《基于结构光视觉的焊接专机焊缝跟踪系统的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第1章绪论算机图像处理和识别技术能够取得较高的检测频率满足实时控制的需求。综上所述，本课题中焊缝传感器采用结构光视觉传感方式，结合三角测吊原理研发一套具有测量精度高、测量范围满足实际要求、体积小等热点的结构光型视觉传感器。不但将其应用于纵缝焊接专机的焊缝跟踪过程中，同时根据其丰富的信息量获取焊缝坡口信息为进一步对焊接质量控制的研究奠定基础。1．3焊缝跟踪控制技术综述焊缝跟踪控制技术一般包括“自主焊缝示教"及“在线实时焊缝跟踪"两种方式。1．3．1自主焊缝示教自主焊缝示教主要应用于机器人焊接系统中，

2、其工作方式为：焊接lj{『通过焊缝传感技术对实际焊缝进行检测，将检测获得的偏差或者焊缝的位置信息送至机器人控制器，通过轨迹规划获得当前焊缝的机器人焊接轨迹，最后起弧焊接。实际上述过程是通过检测技术获取焊缝信息后，指导离线编程系统进行运动轨迹的规划。由于机器人离线编程系统仿真空问与实际空问位置总是会存在误差，导致离线的机器人规划运动总是偏离实际的运行轨迹。自主焊缝示教方法就是针对这种情况进行的机器人离线编程系统的标定。挪威的Solvangll21等人采用CCD对2D工件特征点进行检测，在此基础上进行

3、人工编程，利用离线编程软件IGRIP中的“2D一3DMapping'’功能来实现离线编程工件的校证。福特公司的HUANG等人113J采用了结构光视觉传感器进行实际机器人作业路径的检测，并设计一种较快的矩阵偏差补偿法以补偿机器人作业路径。自主焊缝示教方法由于避免了焊接时的各种干扰因素的影响，因此该过程中焊缝检测结果较为可靠，但该方式的缺点则是不能补偿焊接时冈热变形等因素所引入的动态误差。同时其“先检测再工作的流程”使得整个焊接工作周期比在线实时焊缝跟踪方式长一倍，对生产效率产生负面影响。1．3．2在

4、线实时焊缝跟踪在线实时焊缝跟踪方式为焊接过程中传感器实时检测焊缝位置并进行焊枪位置控制的焊缝跟踪方式。从系统的控制结构来看，一般可以将在线实时焊缝跟踪技术分为“基于全位姿的轨迹跟踪(TrajectoryTracking)"和“基于反馈的纠偏控制”两大类。§1．3．2．1基于全位姿闭环的轨迹跟踪基于全位姿闭环的轨迹跟踪方式主要应用于带有具有3D测量能力传感器的机器人系统中。该系统中传感器主要为主动式结构光视觉传感器，其一般采用前置式安装方式(即固定安装在焊枪前端)，故又常被称为导引(Guiding)

5、式控制。在该系统中传感器检测点与被控对象(焊枪)不直接构成闭环，系统根据传感器所具有3D测最能力并通过机器人系统中位姿转换关系使得整个系统形成闭环，从而使得系统能够完成全位姿跟踪焊接114J。如图1．2所示，系统将因是否使用预规划理想轨迹作为参考输入而稍有所区别：1)轨迹控制器和机器人控制器都使用预规划轨迹作为参考输入时，机器人控制器将使用传感器检测的实际轨迹与预规划轨迹的偏差量进行轨迹修讵(PathCorrection)115J【l6J【l‘71。从实际应用效果来看，该类系统具有较高的稳定性，即

6、使是在传感器检测失东南人学硕：J：学位论文灵的时候也能够根据预规划轨迹来近似地完成作业Il引。2)系统不借助于预规划轨迹时，机器人控制器的轨迹输入则是完全由轨迹控制器来决定，此时的轨迹控制器退化成一个仅依赖传感器的“在线轨迹规划器”。采用这种方式的在线实时焊缝跟踪常被称为自手式焊缝跟踪(AutomaticTracking)，对于这种跟踪方式进行研究的学者较多，文献119J【201研究了利用焊枪轴为旋转轴的焊枪与传感器协调在线规划策略，并通过图像伺服和位置伺服相结合的模糊视觉伺服控制器来完成焊枪运动

7、和视觉跟踪的协调运动控制，文献12IJ则是设计通过“Lookingthendoing”的位置伺服方式完成对折线焊缝跟踪的在线规划。理图1-2基于全位姿闭环的轨迹跟踪系统结构§1．3．2．2基于反馈的纠偏控制基于反馈的纠偏控制主要是通过传感器对被控对象(焊枪)进行观测，获取被控对象与跟踪目标(基准位置)的位置偏差，经由控制器产生相应的控制驱动信号，对执行机构中的各个自由度进行控制，达到焊缝跟踪的日的，其系统结构如图1．3所示。该结构通常应用于具有较少自由度的焊接专机系统的焊缝跟踪过程中II4。，主要

8、针对焊枪位置的控制实现对焊缝的跟踪(通常包括横向方向与高度方向纠偏，不能控制焊枪的姿态)。该控制结构中使用闭环控制方式，故其使用的传感器通常也需要具闭环检测的能力，如电弧传感器、被动式视觉传感器等。文献1221123j针对基于被动式视觉传感器的焊缝跟踪问题，采用PID控制理论设计焊接专机跟踪控制器，完成直线及S形曲线的焊缝跟踪。文献124J采用电弧传感技术，设计相应的PID控制器完成曲线焊缝跟踪。对于不具有闭环检测功能的传感器，如结构光视觉传感器等，由于传感器检测位置并不是被控对象