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1、具有结构光视觉机器人焊缝跟踪系统的设计摘要：机器人焊接是一个重要的研究和发展方向,其焊接自动化和智能化、自动缝跟踪技术更是一个主要的研究领域。如今,焊缝跟踪系统与结构光视觉的研究变得很流行。在国外，结构光视觉焊缝跟踪系统与同类产品相比都更加贵,所以只能应用在特殊场合。在中国,研究结构光视觉焊缝跟踪系统仍只停留在实验阶段。一个机器人实时焊缝跟踪系统是基于线结构光视觉而设计。由于硬件体系建立,并结合线滤波方法结构焊缝图像进行了改进,这样比普通过滤改进具有更好的效果和特点。改进方法有两种：快速模板匹配和快速霍夫变换、改善图像识别焊缝中心坐标。两个新的形象识别方法都对结
2、构元素匹配和角检测提出了建议。通过焊缝图像识别的比较表明快速模板匹配和角落检测比其它两种方法更为准确、稳定,而在这两种中角检测又是最好的。同时通过标定摄像机参数和机器人手眼的计算表明：这种方法是有效、可行的。基于以上四个图像识别方法，机器人焊缝跟踪试验进行线性和折叠两项,实验结果表明：四个图像识别方法都适用于实时焊缝跟踪,符合整个系统的要求,并且完善实时焊缝跟踪。自动焊缝跟踪系统是可行的,具有良好的通用性。关键词:激光视觉,机器人,焊缝跟踪、图像识别1介绍焊接生产的自动化和智能化正在高速发展。而机器人焊接又是自动焊缝跟踪的一个重要问题。在机器人自动焊接中,开发运
3、用焊缝跟踪系统是非常重要的。在这个过程中,传感器起着非常重要的作用,因为它会直接影响焊缝跟踪精度。有许多类型的传感器用于焊缝的自动跟踪,其中电弧传感器和视觉传感器应用最广泛。电弧传感器主要适用于焊接接头两侧对称的,而视觉传感器不仅只用于于焊接接头类型和焊接材料，而且它还能得到更多信息。因此,视觉传感器已经成为了自动化、智能化的热点研究焊接系统。一般来说,根据使用辅助光源与否,焊缝跟踪视觉又可分为两大类:活跃视觉和被动视觉。研究表明,因为被动视觉没有使用辅助光，所以被动视觉信号信噪比低,。因此,被动视觉是广泛应用于焊缝跟踪。激光具有良好的定位、集中的能量密度等等,
4、高信号焊缝图像信噪比可以通过利用激光辅助光源来测量其形状,位置而获得，并且也可以很容易得到焊接接头的尺寸。所以在世界上有很多研究者都很注意结构光视觉。在一些发达国家,例如英国、加拿大、瑞典、等等,结构光视觉缝跟踪产品已经出来了。但是他们经常是非常昂贵的并且只能应用在特殊的场合。在中国,研究了结构光视觉焊缝跟踪系统基本上只停留在实验。在本文中，结构光视觉机器人焊缝跟踪系统研究是通过借鉴元的激光传感器和IRB1400机器人来进行研究的。机器人焊缝跟踪系统包括线结构光视觉的图像采集以及焊缝图像识别和提取,系统坐标的校正和改造,电脑与机器人之间的通信,机器人焊缝跟踪控制
5、等。为了获得准确的焊缝位置,我们必须先对图像滤波和图像识别进行了研究。现在两种图像识别方法已经进行了改进,并且现在两类图像识别也能表示出精确坐标值和实现校准时间的减少,也提出了同声传译标定摄像机参数和机器人手眼。机器人焊缝跟踪试验对线缝叠、焊缝隙行了改进,提出了有效措施。2焊缝自动跟踪系统的组成和原则焊缝跟踪系统的硬件主要包括结构光视觉传感器,弧焊机器人、形象捕捉卡、PC、焊接设备,等等。整个系统的架构如图1所示。一个元的激光传感器是固定在机器人末端的机械手,离焊枪距离为60毫米。该系统的软件模块划分为焊缝图像采集,图像识别和提取、交流电脑和机器人,PC控制机器
6、人控制。在确定焊缝跟踪等焊接参数之前,应先确定在软件的界面上的参数如焊接速度、焊接接头类型、起步位置和结束位置。在焊接期间,图像通过焊缝过滤板由CCD摄像机捕捉来获得,然后把图像传到PC采集卡。他们根据在PC控制程序中设定好的时间每100毫秒抓取一次。在接替时,再通过焊缝图像处理程序模块来提取焊缝中心坐标，然后把这些参数输入到sub-module程序中转化成空间坐标点。再把焊缝中心空间坐标送到机器人通讯程序模块，机器人控制程序根据接收到的坐标通过指令来控制机械手的运动。目前焊接是按照顺序到达下一缝的位置来实现机器人焊缝跟踪。3激光焊缝图像识别和提取在激光焊缝图像
7、识别和提取过程中在弧焊上有不同种类的干扰,如烟雾和灰尘、喷涂等，由于视觉系统信号信噪比很低，所以许多噪声存在于最初的焊缝的图像中。由于在焊缝跟踪中DSP系统元的激光传感器不能识别和提取焊缝中心。所以如何准确识别和提取焊缝中心坐标成为了很重要的问题。3.1激光焊缝图像的采集图2是机器人焊缝跟踪的素描和线结构光视觉。图3是在焊接期间激光图像搭接接头是如何获得，（焊丝焊剂SQJ501喂丝的类型在天津Sainteagle焊接公司生产和焊接）其参数见表1。表1焊接参数参数值焊接电压U/V29焊接电流I/一个230-260焊接速度v/(mm·s-1)7焊丝直径d/毫米1.6
8、送丝速度vf/(mm·s
