基于机器视觉的焊接机器人焊缝识别与跟踪系统

摘要

近年来机器视觉技术被迅速地融入到工业生产中，其在工业中的研究与应用日益得到重视，并在诸多工业领域获得瞩目的成果。焊接是传统工业中广泛应用的技术之一，而传统焊接机器人大多采用人工示教再现的工作方式，人工强度大、工作环境恶劣、效率与焊接质量都不能保证。机器视觉技术的日益成熟为传统焊接机器人焊接的高质量、高效率、高自动化、智能化提供了充分的可能性，因此基于机器视觉的焊接机器人的研究具有重要意义。 目前国内外也存在大量对机器人焊接视觉引导的研究，但大多应用于长直线状、局部近似直线的弧线状焊缝视觉引导中，无法满足现实中各种工况的需求。本文以工业中直边几何焊缝、易局部形变焊缝两种典型焊缝焊接需求为导向，研究了利用视觉技术识别工件焊缝的方法，设计了一种基于机器视觉的焊接机器人焊缝识别与跟踪系统。 文章首先介绍了机器视觉、焊缝跟踪、及基于视觉的焊接机器人在国内外研究的现状。其次介绍系统结构框架，包含机械运动系统、视觉系统和视觉软件与开发环境。再次文章介绍了视觉系统标定理论，并利用LabVIEW和HALCON进行标定；讲解了 ABB 机器人的控制和其与工控机的以太网通讯，并验证了标定后的系统精度。最后文章给出了两种焊缝的识别方法和系统实验结果： 1)针对直边几何焊缝工件，文章在采集图像数据后进行了增强处理、平滑处理、边缘检测和锐化处理，并分析了各种方法在本焊缝识别与处理中的优劣性，在感兴趣区域利用Hough变化方式检测直线，通过求取中线、两直线求交点等几何方式获取固定型号工件的焊缝路径特定点。 2)针对易局部形变焊缝，文章提出以模板匹配定位工件建立工件坐标系，在相对的感兴趣区域内以等间距、垂直边界方向检测边界，获取多个尺度的边界特征数据数组，将数组依据焊缝特点进行筛选、路径数据滤波后获得需要的焊缝路径。 实验结果表明两种方案在视觉系统中的应用是可行的，这拓展了机器视觉在焊接领域中的应用范围，为其它工程和研究提供了借鉴。

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