自动焊接机器人的视觉识别系统

视觉传感技术

利用视觉传感技术的视觉系统主要包括结构光投影视觉系统（主动视觉系统）和直接拍摄视觉系统（被动视觉系统）。

结构光投影视觉系统

机构光投影视觉系统的基本结构和工作原理如下：主要包括激光器、工业相机、图像处理器。激光器将结构光投射到焊件表面。该结构光的形状在焊缝处产生明显的畸变，由于镜头前安装滤光片的工业相机采集包含畸变条纹的图像，并传输到嵌入式图像处理控制器。嵌入式图像处理控制器进行图像处理从而将焊接偏差信号输送给执行机构（例如机械手、十字滑台等）带动焊枪运动，以达到焊缝跟踪的目的。



加拿大SERVO-ROBOT公司研发生产激光视觉传感器已有多年历史，主要有i-CUBE系列产品，不仅可以完成焊接偏差识别任务，还具备了超生测距，声音记录等功能。

英国Meta公司是世界知名的激光视觉设计制造厂商，在钢管焊接领域有较多应用。主要有新型激光焊缝识别系统Smart Laser Probe，将图像处理软硬件集成到传感器内部，可以每秒采集30帧百万像素图像，满足高速和高精度焊接需求。

目前结构光投射视觉系统所发射出的结构光形式以单条纹最为普遍，但是也存在其他形式结构光的激光传感器。例如SERVO-ROBOT公司的激光传感器中的结构光为十字形，Scansonic公司激光传感器的结构光为三条平行条纹。Peiquan Xu等人设计了一套结构光为圆形的视觉系统。

在多道焊的打底焊完成之后，进行填充焊或盖面焊时，投影到焊缝上的激光条纹畸变不明显且条纹呈现多处间断，需要更复杂的图像处理算法提取畸变特征点。

直接拍摄视觉系统

直接拍摄视觉传感方式用相机直接对焊接区域进行拍摄，可实时获取电弧、熔池和V型坡口或I型对接焊缝等信息，是最近对焊接自动化领域的研究热点，电弧的光强远远高于一般工业相机的感光饱和度上限，在极强的弧光下采集焊接图像，导致焊接图像质量极差，无法用于后续图像处理。

目前众多学者采用减光滤光的方法来降低弧光对焊接图像成像的干扰，该方法的技术路线是通过分析弧光的光谱特性，选择弧光较弱区域所对应波长范围的窄带滤波片，然后在工业相机镜头前安装选定的滤光片，减光片和保护镜。

采用减光滤光的方法设计直接拍摄视觉系统，可以实时采集熔池和焊缝的图像。然而由于焊接图像中焊丝、电弧、熔池、坡口等有用的信息分布在光谱的各个波段，当使用滤光片滤除某个波段范围内弧光时，虽然减弱了弧光对成像的干扰，但同时也丢失了一些有用的图像信息，使图像质量下降，边缘变得模糊，从而降低了后续偏差识别的精度。