视觉焊缝跟踪系统
基于DSP的管道TIG焊焊缝跟踪系统
焊工 的经 验来选 择 。
１ 焊 缝跟 踪 试 验 系 统
要 实现 管道焊接 的全 自动 化 ，首先 需要研 制焊缝 跟踪 系统 ，对焊 缝进行 识 别 ，并 通过调 节焊 炬位 置和 焊接 参 数来适应 各 种焊接 状态 。将视 觉传 感技术应 用 于焊缝 跟踪 是 当前 焊缝 跟踪 系统研 究 的主 流 。
本文 以水 下高压 管道 Ｔ Ｉ Ｇ焊 为背 景 ， 提 出 了一种管 道焊缝 跟踪 系统 。该系统 包括 ５轴 管道焊接 装 置及 其配 套 的控 制器 和视 觉传感 系统 ，可 以使焊炬 和视觉 传感 器 自动地 到达 即将焊接 的位 置 。视觉 传
０ 引 言
在 海洋 石油 开发 中，诸如 钢塔 建造 以及水 、油 、气输送 等 工程项 目实 施要求 大规 模制造 和精确 地 焊接 管 道结构 。管 道焊接 中应 用最广 泛 的是 圆周 电弧焊 ，包 括打 底焊 和填 充焊 。管道坡 口的制造误 差 会 导致 变形和 偏心 ，且缝 隙大 小与焊 缝位 置不 匹配 。由于 打底成 形 的不规 则性 ，不 能将 焊接 参数和 焊 炬位 置 设置为恒 定 参数 。因此 ， 实现 管道焊 接全 自动化 非常 困难 ， 通 常需要 熟练 的焊 工进行 人工干 预 。
的清 晰程 度 ，有两个 办 法可 以用 来减 少这 种干 扰 【 ５ ］ ，一种 办法 是利 用某 一种 金属元 素 的线状 光谱来 过 滤氩 元 素 的线 状光 谱 ，这种 办 法要 求 带宽很 窄 的滤 光 镜 ；另一 种办 法是 过滤 线状光 谱 ，仅使 用强度 相 对较 低 的连续 光 谱 。 本文 中的滤 光系 统采 用 的是后 者 。 从 光谱 图上 可 以明显地 发现 ， 在波 长大 于 ８ ６ ０ ｎ ｍ 的近 红外 光谱 范 围 内，几乎 没有 线状 光谱 ，而连 续 光谱 的强度 也很 弱 ，如 图 ２ ｆ ｂ ） 所 示 ，因此 ，这个 范
管道焊接激光视觉跟踪的定位方法研究
Ｖｏｌ４８，Ｎｏ６ Ｊｕｎｅ，２０１８
文章编号：１００１５０７８（２０１８）０６０６７５０７
·激光应用技术·
管道焊接激光视觉跟踪的定位方法研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｔｈｅＶｇｒｏｏｖｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｐｉｐｅｌｉｎｅ，ａｍｕｌｔｉｐｌｅｓｔｅｐｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｌｏｃａｌａｒｅａｏｆｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｐｒｅｓｅｎ ｔｅｄＦｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅｍａｔｃｈｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍＴｈｅｎ，ｔｈｅｌａｓｅｒ ｓｔｒｉｐｅｅｄｇｅｌｉｎｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｅｄｇｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｔｈｅＳｈｉＴｏｍａｓｉａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅｃｏｒｎｅｒｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｅｄｇｅｌｉｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｕｂｐｉｘｅｌｃｏｒｎｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｎｔｈｅｅｄｇｅｌｉｎｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄＦｉｎａｌ ｌｙ，ｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｔｔｈｅｅｘａｃｔｅｄｇｅｌｉｎｅＴｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅ ｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｂｏｕｎｄａｒｙｌｉｎｅｓＴｈｅｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｏｏｖｅｃｏｎｔｏｕｒｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｇｅｔｔｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅＦｉｆｔｙｉｍａｇｅｓｃａｐｔｕｒｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｔｔｈｅｓａｍｅｈｅｉｇｈｔａｒｅｉｎｓｐｅｃｔｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｓｔｅｐｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｈａｓｓｔｒｏｎｇａｎｔｉｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｌａｙｓｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｒａｃｋｉｎｇｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇ；ｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍ ｌｏｃａｔｉｎｇ；ＳｈｉＴｏｍａｓｉｃｏｒｎｅｒｄｅｔｅｃｔ；ｓｕｂｐｉｘｅｌ
激光焊接焊缝跟踪
应用背景
与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。
由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。
因此，准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。
机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一，通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列，获取熔池特征参数，分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律，建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。
然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。
应用优势
1、拍摄过程缓慢，可以获取高度清晰的熔池特征参数；
2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。
拍摄效果
科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中，下面介绍两款常用高速相机。
1、德国Optronis的CP80-4-M-500，该相机为Coaxpress接口，全分辨率为1696X1710下可达500fps，开窗分辨率为512X512时可达5000fps，它的这些特点可使拍摄画面更清晰，拍摄过程更缓慢。
图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果
2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160，该相机采用Photonfocus的LINLOG技术，动态范围高达120dB；在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒；开窗分辨率256*256时，帧率达到2241帧/秒。
在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰，在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄，无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像，借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。
图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果。
(完整word版)激光焊接机器人焊缝跟踪方法
激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法陈智龙120160033摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。
如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。
关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制0引言激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。
在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理［1]。
由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力,我们应依靠国内技术能力,自主创新,在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40%~50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。
人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础,为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序,实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造,实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度［2].由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势,特别是进入上世纪90年代以后,各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。
英国META激光焊缝系列产品介绍
英国META 公司激光焊缝跟踪系列产品介绍一、 激光焊缝跟踪技术的基本原理1.1 三角测量原理激光焊缝跟踪技术基于三角测量原理，如图2所示。
三角测量是一种提取几何信息的方法，有很多应用领域。
焊接激光传感器中通常使用一个半导体激光光源结合图像采集器件，来生成焊接接头的一系列三维截面图像。
三角测量法最大的优点是其仅仅提供了接头的几何信息，亦即物体的真实三维截面信息。
在理论上不受工件的表面状态影响，如表面光照变化或者表面上标记等。
但实际上物体的表面反射会对图像信号有一定的影响，需要一些特殊的技术来克服反射噪声的影响。
三角测量法的另一个优点是易于从设计上克服环境光照的影响，这在明弧环境下尤为重要。
强烈的电弧光会对普通的机器视觉系统产生严重的干扰。
图2 示意了用点状激光测量距工件表面距离的原理。
若要测量整个焊接接头的轮廓，需要沿着接头横向测量一系列连续的距离信息，从而形成三维截面轮廓。
这可以通过以下两种方式来实现：(1) 采用激光条纹投影到接头上，并用二维面阵CCD 获取激光条纹的图像。
我们称其为条纹式传感器。
(2) 沿着接头横向做一维点状激光扫描。
我们称其为扫描式传感器。
n e a rs u r f a c e f a rs u r f a c e i m a g ep o s i t i o n i s a f u n c t i o n l a s e r s e n s o r l a s e r d i s t a n c e a c t u a ld i s t a n ce of c a m e ra i m a g e p o s i t i o n图2 三角测量原理 二、产品系列：2.1 条纹式传感器顾名思义，其原理是采用激光条纹垂直投射到焊接接头上。
条纹的形状因受焊接接头形状影响而产生变形。
变形了的条纹图像被与激光器呈一定角度的二维CCD 或者CMOS 摄像机采集到计算机中进行信号处理。
焊缝轨迹跟踪伺服控制系统设计与实现
视 觉 伺 服控 制 系统 的设 计 ， 力求 研 究 出 可靠 性 高 、
抗 干扰 能 力 强 和 适 用 较 为 普 遍 的 焊 接 视 觉 传 感 系 统
焊 缝 识 别算 法 ， 同时 以嵌 入 式 工 控 机代 替 普 通 工 控 机
的 电源 也都 装 在 了控 制 器 中 ， 以方 便 操 作 和 通 过 电 压
４１ —４ ３．
（ ）采用 Ｎ —Ｙ １ ｉ ｏ—Ｃ ｕ合 金 系 的埋 弧 焊 焊 接 材 料
熔 敷 金属 的 各 项 性 能 良好 ， 有 较 高 的 塑 性及 低 温 冲 具 击韧 性 ， 合 于高 强度 耐火 耐候 钢 的焊接 。 适
［ ］ 张威振 ， 志胜． ４ 徐 耐火 耐候 钢 的研究 与应用 ［ ］ 钢结 构 ， Ｊ．
收 稿 日期 ： ０ １—１ ０ ２１ ０— ８
表监 控 电压 。控 制器体 积 较 小 ， 一定 的机 械 硬 度 ， 有 方
２１ ０ ２年第 ６ 期 ６ １
对该系统进行 了试验验证 ， 明了该控制 系统 的有效 性。 证 关键词 ： 激 光视觉 焊缝轨迹跟踪
中国分类号 ： Ｔ ２ ３ Ｐ７
伺服控 制 多层多道
０ 前
言
系统 ， 于建 立 一 套 完 整 的便 携 式 焊缝 跟 踪 视 觉 伺 服 诣
控 制系 统 ， 足 弧焊 机器 人 自动控 制 的要 求 ， 而将 焊 满 从
接工 人从 恶 劣 的工 作 环 境 中解 放 出来 ， 高 焊 接 工 艺 提 质量 和 焊接 效率 。
１ 系统硬 件 组成及 工作 原 理
在 现 代 制 造 业 中 ， 接 技 术 作 为 重 要 的 加 工 手 焊
焊缝跟踪发展现状及未来趋势分析
焊缝跟踪发展现状及未来趋势分析焊接是一种常见而重要的工艺，广泛应用于各个行业的制造和维修过程中。
而焊缝跟踪作为焊接过程中的重要环节，旨在实时监测和控制焊缝的质量，以保证焊接工艺的稳定性和可靠性。
本文将对焊缝跟踪的发展现状及未来趋势进行分析，并探讨其对焊接工艺的影响和应用前景。
首先，焊缝跟踪技术的发展现状是值得关注的。
随着科技的进步和自动化程度的提升，焊缝跟踪技术已经取得了显著的进展。
传统的焊缝跟踪方法主要依赖于人工观察和记录，而现代化的焊缝跟踪技术则借助于计算机视觉和机器学习等先进技术，实现了自动化和智能化的监测与控制。
通过对焊缝形状、尺寸、位置和质量等关键参数的实时测量和分析，焊缝跟踪系统能够及时发现和纠正焊接过程中的异常情况，提升焊接质量和效率。
其次，焊缝跟踪技术在焊接工艺中的应用越来越广泛。
焊缝跟踪技术不仅仅能够监测焊接过程中的实时参数，还可以记录并分析历史数据，为焊接工艺的研究和改进提供有力的支持。
例如，通过对焊缝形态的跟踪和分析，可以评估焊接质量的可靠性和一致性，并通过优化焊接参数，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
此外，焊缝跟踪技术还可用于焊接过程中的质量控制和检测，以避免焊接缺陷和质量问题的发生，提高产品的制造质量和可靠性。
未来，焊缝跟踪技术将继续发展并有望取得更大的突破。
首先，随着人工智能和大数据分析等技术的不断成熟，焊缝跟踪系统的智能化和自适应能力将得到进一步提升。
通过机器学习和深度学习等算法的应用，焊缝跟踪系统能够更好地适应不同焊接工艺和材料的特点，实现个性化和定制化的焊接过程控制，进一步提高产品的质量和效率。
其次，焊缝跟踪技术在焊接工艺中的应用领域将更加广泛。
目前，焊缝跟踪技术主要应用于工业制造领域，如汽车、造船、航空航天等。
然而，随着新兴行业的兴起和发展，焊缝跟踪技术可能被应用于更多领域，如新能源、智能制造、生物医药等。
例如，在新能源领域，焊缝跟踪技术可被用于太阳能电池板的生产和组件制造过程中，以提高太阳能电池板的效率和稳定性。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统方案
基于激光视觉的焊缝跟踪系统一、焊缝自动跟踪系统构成基于激光视觉传感,具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点,被认为是焊缝检测的主要发展方向。
线激光法是一种直接获取深度图像的方法,它可以获取焊缝的二维半信息。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统如图1所示，主要有3个组成部分，分别是视觉传感、图像处理和跟踪控制。
CCD摄像机垂直对准工件,激光器倾斜布置，激光器打出的激光,经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带。
当该光带被工件反射或折射后,经滤光片保留激光器发出的特定波长的光,而滤除其他波长的光,最后进入CCD摄像机成像。
由于坡口各处与工件在垂直方向深度不同,故从垂直工件的方向看去,反射光成一折线,折线反映了光纹中心与焊缝坡口中心的三维位置关系。
计算机对采集图像进行图像预处理，减少图像中的噪声污染，并加强焊缝特征信息信号，通过一定的算法提取焊缝特征点，得到焊缝与电弧偏差。
此偏差作为跟踪控制系统的输入条件，依据控制算法进行处理，最后获得驱动信号控制焊炬运动，实现焊缝跟踪过程实时控制。
图1 系统构成二、焊缝自动跟踪硬件设计1.激光器在本系统中决定采用半导体激光器。
半导体激光器是以半导体为工作介质，具有超小形、高效率、结构简单、价格便宜、工作速度快、波长范围宽等一系列优点。
本视觉系统中采用的激光器是红光一字线激光器，由点激光二极管发光通过一柱透镜变换成直线形的激光条纹。
有文献通过测量MIG焊弧光的光谱范围，提出弧光的范围为150～970nm。
通过比较弧光波长与普通激光二极管波长，认为弧焊传感器中所用激光二极管的中心波长最好为467nm，594nm，610nm，632nm和950nm。
从而可选择适当波长的激光感器以减少弧光对激光的干扰。
参考多篇文献，本系统选用弧光干扰最小中心波长650 nm的条形半导体激光器。
2.摄像头CCD和滤光片本系统采用面阵型CCD工业摄像头，主要考虑其性能稳定，工作可靠的特点，要求CCD 尺寸1/3"，帧率25fps以上。
基于激光视觉传感器的机器人实时焊缝跟踪方法
第５１卷 第４期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．４ ２０２１年４月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＡｐｒｉｌ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０４ ０４２１ ０７·激光应用技术·基于激光视觉传感器的机器人实时焊缝跟踪方法陈新禹，张庆新，朱琳琳，胡 为（沈阳航空航天大学自动化学院，辽宁沈阳１１０１３６）摘 要：为实现变姿态焊接过程的实时焊缝跟踪，提出基于机器人坐标系下绝对焊缝轨迹的实时跟踪算法。
将线式激光传感器安装在机器人的法兰盘上，且位于焊枪运行的前方。
焊接过程中，激光传感器连续采集焊缝位置信息，并结合手眼标定矩阵以及机器人实时姿态，将传感器采集的焊缝坐标转换到机器人基础坐标系下，从而形成空间绝对焊缝轨迹；再根据焊枪的当前位置与焊缝的空间绝对轨迹生成位置偏差。
为了提高计算精度，提出采用三次非均匀有理Ｂ样条进行数据插值和检索；最后，将位置偏差变换到焊枪工具坐标系下进行实时修正。
实验结果表明：该跟踪算法能够实现焊接机器人针对变姿态焊接过程的连续跟踪，跟踪过程平滑光顺，跟踪整体精度优于０ ５ｍｍ。
基本满足焊缝实时跟踪应用的一般要求。
关键词：焊缝跟踪；实时跟踪；样条插值；激光传感器；焊接机器人中图分类号：ＴＰ２４２ ２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０４．００４ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｆｏｒｒｏｂｏｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒＣＨＥＮＸｉｎ ｙｕ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ ｘｉｎ，ＺＨＵＬｉｎ ｌｉｎ，ＨＵＷｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｒｅａｌ ｔｉｍｅｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｗｈｉｌｅｃｈａｎｇｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈ′ｓｇｅｓｔｕｒｅ，ａｎｏｖｅｌｔｒａｃｋｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ Ｔｈｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒｉｓｍｏｕｎｔｅｄｏｎｔｈｅｆｌａｎｇｅｏｆｒｏｂｏｔｉｎｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈ Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｃｏｌｌｅｃｔｓｔｈｅｓｅａｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｓｅｎｓｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇｈａｎｄ ｅｙｅｍａｔｒｉｘａｎｄｒｏｂｏｔｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｇｅｓｔｕｒｅｍａｔｒｉｘ，ｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｖａｌｕｅｃａｎｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｓｅｎｓｏｒｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｏｒｏｂｏｔｂａｓｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｆｏｒｍｅｄｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｃａｎｂｅｃｏｍｐｕｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈａｎｄｔｈｅａｂｓｏｌｕｔｅｓｅａｍｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｃｕｂｉｃｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｒａｔｉｏｎａｌＢ ｓｐｌｉｎｅｓｉｓａｄｄｒｅｓｓｅｄ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｔｏｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｏｒｃｈｔｏｏｌｆｏｒｒｅａｌ ｔｉｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｏｖｅｌｓｔｒａｔｅｇｙｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｍｏｏｔｈｌｙｔｒａｃｋｉｎｇｗｈｉｌｅｃｈａｎｇｉｎｇｔｏｒｃｈ′ｓｇｅｓｔｕｒｅｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｉｔｓｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ０ ５ｍｍｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ；ｒｅａｌ ｔｉｍｅｔｒａｃｋｉｎｇ；ｓｐｌｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒ；ｗｅｌｄｉｎｇｒｏｂｏｔ基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．６１５０３２５６）；辽宁省自然科学基金联合基金项目（Ｎｏ．２０１５０２００６１）资助。
焊缝跟踪器Meta-2007
Meta Vision Systems世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商创建于1984年Laser Probe适用的焊缝类型/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商传感器MT单条纹MTH三条纹SCOUT五条纹世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Cloos BAe Systems航空/长春客车厂、唐山机车厂……/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商沈阳黎明航空发动机江南造船厂、武昌造船厂、荣胜船厂、勃船重工/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商首都航天机械公司/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商国内应用：焊管行业中石油管道局钢管厂/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商上海宝世威钢管有限公司激光焊接不锈钢管/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商TIG焊接不锈钢钢管宝鸡石油钢管有限公司/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商华油钢管有限公司/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商压力容器的纵环缝焊接/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商浙江金州管道、河北中原焊管/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商国内应用：工程机械厦门工程机械、徐州重型机械/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商等离子焊不锈钢管/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商用于焊接机器人焊缝自动寻位和跟踪KUKA焊接机器人/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商CLOOS焊接机器人/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商用于焊接机器人焊缝自动寻位和跟踪Motoman、ABB焊接机器人/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Fronius、Jetline焊接专机/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商一汽大众、上海大众/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商应用录像：机器人焊接/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商应用录像：超声探伤自动跟踪/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Meta Vision Systems。
激光视觉焊缝跟踪中图像二值化处理
学
学
报
Ｖｂ ．４ Ｎ Ｏ． １４ ４
２ １ 年 ４月 ０１
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ａ ｊ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏＴ ｎ ｔ
激 光 视 觉 焊 缝跟 踪 中图像 二 值 化 处 理
申俊琦 一 ， ，胡绳荪 一 ， ，冯胜强 ，
（．天津大学材料科 学与工程学 院 ，天津 ３ ０ ７ ；２ １ ０ ０ ２ ．天津市现代连接技 术重 点实验室 ，天津 ３ ０ ７ ） ０ ０ ２
摘 要 ：焊 缝 图像 的 二 值 化 处 理 是 实现 焊 缝 视 觉 跟 踪 的一 个重 要 环 节． 对激 光视 觉传 感 焊缝 图像 ， 过 最 小 二 乘 法 针 通
ＳＨＥＮ ｕ — ｉ，， Ｈ Ｕ ｅ ．ｕｎ ， ＦＥＮ Ｇ ｈｅ ｇ— ａ ｇ ， Ｊ ｎ ｑ － Ｓｈ ｎｇ ｓ Ｓ ｎ ｑｉｎ
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基于免疫模糊的机器人焊缝跟踪系统智能控制
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取稿日囊 ： ０ １ ． ２ ２ ｌ— ２ 基金项 且： 广西 自然科学基金资助项 目 （ 桂科 自Ｏ２２４ ７８２） 作者 简介： 李兴富 （９１ １６ 一），男 ，辽宁凌海入 ，副教授 ，研究方向为工业 自动化、电子术应用 。 第３卷 ３ 舅 期 ２１— （ ） 【５ ｏ １ ５下 ８Ｊ
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图３ 免疫模糊算法框 架图
自动焊焊缝追踪精度提升方法论述
自动焊焊缝追踪精度提升方法论述摘要：焊接自动化具有提高生产效率，优化产品质量，改善劳动条件等优点而被企业广泛应用。
其核心技术就是通过激光焊缝追踪装置对焊接坡口进行追踪，建立闭环反馈系统。
在激光追踪装置识别坡口路径时，由于外界环境干扰导致焊接轨迹出现跑偏情况产生。
本文针对车间现场实际生产的情况，通过创新方法理论手段对该问题进行原因分析、求解并提出可行性意见，从合理化、经济化、适用性的角度来解决该问题的产生。
关键词：焊接自动化激光追踪装置焊接轨迹随着智能制造浪潮的兴起，老牌制造企业也逐渐开始从原始机械到智能机械进行过渡。
焊接自动化是焊接生产的“智能”体现，也是保证焊接质量、提高作业效率的重要手段。
焊接自动化主要装置就是利用焊缝追踪系统对焊缝路径进行实施规划，从而完成焊接工作，该系统一般有传感器、控制器和执行机构三大部分组成。
根据传感器进行分类可以分为接触式传感器焊缝追踪装置和非接触式传感器焊缝追踪装置。
接触式传感器结构简单，成本低，但其灵敏度不高，扫描范围小，与工件接触的接头容易受到磨损。
非接触式传感器焊缝追踪装置可分为电磁感应式传感器焊缝追踪装置、视觉传感器焊缝追踪装置、电弧传感器焊缝追踪装置等，它们具有自动化匹配程度高、灵敏度好等特点。
一个优秀的焊缝追踪装置，它应该具有以下特点：传感器灵敏，系统具有实时性；控制器功能强，成本低，能进行多自由度运动控制；执行机构结构简单，轻便运动灵活。
一、激光焊缝跟踪原理激光焊缝跟踪研究开始于20世界80年代初。
1985年保加利亚的kov提出了用模糊模型来描述弧焊过程的不确定性，同时利用激光传感器用模糊控制推理对示教机器人的运动进行预测和控制，进而实现焊缝追踪。
1989年日本的S.Mursaami利用电弧传感弧焊机器人焊缝跟踪的模糊控制，该控制系统根据焊枪的振幅位置同焊丝与工件的距离关系判断焊点的水平和垂直位移，并在强烈的弧光、高温、烟尘的条件下，利用模糊滤波器和模糊控制器来设计焊缝跟踪控制系统，取得了较好效果。
激光焊缝跟踪系统手册
同舟兴业科技有限公司研发生产的激光焊缝跟踪系统结合了线结构激光和图像处理技术，实现了 对焊接位置的三维测量，能够提供焊接轨迹给焊接机器人或焊接专机，拥有强大的抗干扰能力，能够 适应焊接时产生的高温、强光、飞溅以及强电磁干扰，具有广泛的适应能力。激光焊缝跟踪系统软件 功能强大，可以适用于大部分焊缝类型，超高的采样频率可适用高速焊接的场合。
适用的焊接类型
氩弧焊样的测量工具，可以适用于各种焊缝类型。
适用的焊缝类型
对接焊缝
搭接焊缝
角接焊缝
边缘焊缝
外侧角接
v坡口焊缝
04
产品参数
测量范围
（测量范围示意图）
型号
最佳架设距离
近
Z轴（高度） 远
测量范围
近
X轴（宽度）
远
类型
波长 光源
激光分类
输出
Z轴（高度）
近
测量精度
鉴于上述问题，同舟科技开发了激光焊缝跟踪系统，由图像传感器采集图像对焊缝进行实时跟 踪和采集，再由控制器发出指令给焊接终端，实现焊缝的实时监测和校正。只需将本系统连接到焊 接专机中，就能实现无人化焊缝检测，能够大大减少人工成本，提高产品质量和工作效率 。 随着客户对焊接速度和质量]要求的不断提高以及人工成本的持续上涨，近些年自动化焊接设备的需 求越来越多，焊接专机、焊接机器人系统等自动化系统的销售量呈现逐年上升的态势。
系统示意图
激光焊缝跟踪系统由激光2D传感器和控制器构成。 激光2D传感器采集到焊缝的信息后，由控制器进行计算，计算出焊缝位置后将数据传输给焊 接系统控制器。常见的焊接系统控制器有PLC,工控机以及机器人控制器，焊接系统控制器收到 焊缝根踪系统传输的焊缝位置后，调节焊枪位置，实现工件的智能焊接。
焊缝跟踪系统
焊缝跟踪系统简介焊缝跟踪系统是一种自动化设备，用于跟踪焊缝的位置，控制焊接机器人或激光焊接机的运动，保证焊接质量，提高焊接效率。
该系统常用于汽车工业、航空航天工业等领域。
功能焊缝跟踪系统可以自动识别焊缝位置和形状，实现焊接轨迹的自动规划和控制，避免人为因素对焊接质量的影响。
常见的焊缝跟踪系统有激光焊接跟踪系统和焊接机器人跟踪系统。
激光焊接跟踪系统激光焊接跟踪系统是利用两个激光发射器形成的光线在焊缝上形成一条光线。
通过摄像机识别光线，并计算出光线与焊缝的距离和角度，并将这些数据输入到焊接控制系统中，从而控制激光焊接机在焊接过程中自动调整焊缝位置。
焊接机器人跟踪系统焊接机器人跟踪系统是基于视觉传感器实现的。
该系统通过视觉传感器获取焊接工件信息，如焊缝位置、高度和宽度等，从而我们可以预先设置焊接机器人的轨迹和焊接参数，达到自动焊接的目的。
该系统在焊接不规则形状的焊缝时具有很大的灵活性和自适应性。
其他特点除了基本的焊缝跟踪和控制功能外，还有许多其他特点和增强功能。
自适应焊缝跟踪系统可以根据不同的焊接工件形状和位置进行自适应调节，提高焊接质量和效率。
精度高焊缝跟踪系统采用高精度传感器，可以实现焊缝位置的精确测量和控制，提高焊接的稳定性和一致性。
交互性现代的焊缝跟踪系统配备了用户友好的交互界面，可以通过触摸屏等方式轻松地进行设备配置和操作。
应用领域焊缝跟踪系统可以应用于以下领域：•汽车制造业：焊接汽车车身和底盘。
•航空航天工业：焊接飞机结构和部件。
•电子制造业：焊接电子元器件。
•其他：如船舶制造、建筑结构等。
发展趋势随着焊接技术的进步和产业的发展，焊缝跟踪系统也在不断地发展和进化。
目前，焊缝跟踪系统正向更高的自动化、智能化和高精度发展。
未来，该技术将应用于更多的领域，并为生产效率与品质提供新的保障。
基于OpenMV的螺旋管内焊缝自动跟踪系统
基于OpenMV的螺旋管内焊缝自动跟踪系统陈璨;王军民;杨昌乐;刘威;方诗【摘要】针对国内部分钢材加工厂采用人工判断焊缝位置, 手动调节来纠正焊偏的控制方式, 自动化水平低且长时间工作导致视觉疲劳容易造成误判, 影响螺旋管焊接质量的问题.该系统通过Open MV机器视觉模块采集图像, 利用图像处理技术实时提取焊缝特征信息, 经过统计筛选来计算焊枪偏移量, 结合控制技术来实现焊枪的自动纠偏.现场试验结果表明, 该系统能够满足要求, 稳定、准确的实现焊缝自动跟踪.%In China, the automation level in some steel processing plants is low, which the weld was manually judged and the position of the welding torch was manually adjusted, and the welding quality is influenced by visual fatigue caused due to long-term work. The image information was captured through the OpenM V module, real-time weld information was extracted by using related image processing technology, the offset of the torch was determined through data statistics, and the automatic correction of the torch was realized by combining control technology.The field test results show that the system can achieve automatic weld tracking with high stability and accuracy.【期刊名称】《焊接》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P12-15,后插1)【关键词】OpenMV模块;机器视觉;焊缝跟踪;图像处理;运动控制【作者】陈璨;王军民;杨昌乐;刘威;方诗【作者单位】长江大学,武汉 430100;长江大学,武汉 430100;长江大学,武汉430100;长江大学,武汉 430100;长江大学,武汉 430100【正文语种】中文【中图分类】TG4450 前言螺旋埋弧焊钢管的焊接是在带钢成形为钢管过程中，在焊剂埋弧状态下实时进行的，为了保障焊接的质量，需要在焊接过程中实时跟踪焊缝，及时纠正焊枪位置。
基于改进TLD算法的激光视觉传感型焊缝跟踪
第４５卷 第３期２０２１年５月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４５，Ｎｏ．３Ｍａｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２１）０３ ０２９２ ０６基于改进ＴＬＤ算法的激光视觉传感型焊缝跟踪杜健准１，高向东１，黎扬进１，肖小亭１，孙友松１，卢新钊２（１．广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心，广州５１０００６；２．广东精泰人防工程有限公司，肇庆５２６２３８）摘要：为了解决基于线激光视觉传感的焊缝中心位置定位精度不高的问题，采用了一种基于改进跟踪 学习 检测（ＴＬＤ）算法的焊缝跟踪方法。
由激光视觉传感器实时获取焊缝图像，采用将跟踪器与检测器结合的ＴＬＤ算法实时跟踪焊缝特征点，同时通过在线学习机制更新分类器参量。
在此基础上对激光条纹图像截取感兴趣区域，大幅减少检测器的搜索区域；根据激光条纹光强分布特性，结合纠偏方向选取跟踪器有效特征点，以此提高算法效率，对不锈钢板Ｖ型焊缝和搭接焊缝进行跟踪试验。
结果表明，跟踪与检测可实现共同定位焊缝中心位置，其融合的焊缝跟踪方法能够准确地提取焊缝特征点，两种焊缝跟踪平均绝对误差分别为０．０６２ｍｍ和０．０５２ｍｍ。
此方法为提高焊缝跟踪精度提供了依据。
关键词：图像处理；焊缝跟踪；跟踪 学习 检测算法；激光视觉中图分类号：ＴＮ２４９；ＴＧ４０９ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２１ ０３ ００４ＡｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄＴＬＤａｌｇｏｒｉｔｈｍＤＵＪｉａｎｚｈｕｎ１，ＧＡＯＸｉａｎｇｄｏｎｇ１，ＬＩＹａｎｇｊｉｎ１，ＸＩＡＯＸｉａｏｔｉｎｇ１，ＳＵＮＹｏｕｓｏｎｇ１，ＬＵＸｉｎｚｈａｏ２（１．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＷｅｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＪｉｎｇｔａｉＣｉｖｉｌＡｉｒＤｅｆｅｎｓｅＰｒｏｊｅｃｔｓＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈａｏｑｉｎｇ５２６２３８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｗｅｌｄｓｅａｍｃｅｎｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｌｉｎｅｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇ，ａｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＴＬＤ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｔｈｅｗｅｌｄｉｍａｇｅｓｗｅｒｅａｃｑｕｉｒｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ．ＴｈｅＴＬＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｔｒａｃｋｅｒ（ｔｒａｃｋｉｎｇ）ａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒ（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｔｒａｃｋｗｅｌｄｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｏｎｌｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ（ｌｅａｒｎｉｎｇ）ｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｕｐｄａｔｅｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ（ＲＯＩ）ｗａｓｉｎｔｅｒｃｅｐｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｍａｇｅｓ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒ’ｓｓｅａｒｃｈａｒｅａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｔｒａｃｋｅｒｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｓｔｒｉｐｅｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｅＶ ｓｈａｐｅｄｗｅｌｄａｎｄｔｈｅｌａｐｐｅｄｗｅｌｄｏｆｔｈｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｗｅｒｅｔｒａｃｋｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅａｍｃｅｎｔｅｒｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｔｒａｃｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｘｔｒａｃｔｗｅｌｄｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅｍｅａｎａｂｓｏｌｕｔｅｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｓｏｆｂｏｔｈｗｅｌｄｓｅａｍｓｗｅｒｅ０．０６２ｍｍａｎｄ０．０５２ｍｍ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｗｅｌｄｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｅａｍｔｒａｃｋｉｎｇ；ＴＬＤａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｌａｓｅｒｖｉｓｉｏｎ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１６７５１０４）；广州市科技计划资助项目（２０２００２０２００６８）；广东省教育厅创新团队资助项目（２０１７ＫＣＸＴＤ０１０）作者简介：杜健准（１９９４ ），男，硕士研究生，主要从事焊接自动化方面的研究。
自主移动焊接机器人嵌入式视觉跟踪控制系统
第26卷第11期2020年11月计算机集成制造系统Vol.26No.11 ComputerIntegrated ManufacturingSystems NovG2020DOI：10.13196/j.cims.2020.11.015自主移动焊接机器人嵌入式视觉跟踪控制系统杨国威1,王以忠1,王中任2+，刘海生2,肖光润2(1天津科技大学电子信息与自动化学院，天津300222；2.湖北文理学院机械工程学院，湖北襄阳441053)摘要：为解决大型工件现场焊接空间受限和焊缝跟踪精度受干扰的问题，提出并设计了一种自主移动焊接机器人嵌入式视觉跟踪控制系统。
系统紧凑、体积小，适应现场焊接作业。
提出基于核相关滤波的焊缝跟踪算法，以解决焊接时的弧光干扰问题，实现实时、精确、可靠的焊缝跟踪。
该算法通过生成大量的正负样本进行分类器训练，并映射到高斯核函数空间进行计算，来提高跟踪精度和可靠性；通过构建样本的循环矩阵和傅里叶变换来减少计算量，提高跟踪实时性。
在ARM嵌入式系统中实施该自动跟踪算法，完成了对移动机器人的爬行和横摆控制，并实现了焊接过程的实时纠偏。
通过对大型管道V型焊缝进行焊接实验表明，帧率达到10fps,焊缝轨迹跟踪准确，焊接表面平顺。
关键词：自主移动焊接机器人;嵌入式视觉控制；焊缝跟踪；核相关滤波；纠偏控制中图分类号：TG409文献标识码：AEmbedded vision tracking control system for autonomous mobile welding robotYANG GUowei1,WANG Yizhong1,WANG Zhongren2+,LIU Haisheng2,XIAO GUangrUn2(1.College of Electronic Information and Automation,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin300222#China；2.College of Mechanical Engineering,Hubii University of Arts and Science,Xiangyang441053,China)Abstract：To solve the problem of limited space and disturbance of seam tracking accuracy when welding large work pieces anembeddedvisua0trackingcontro0system forautonomous mobie we0dingrobot wasproposedand designed which wassuitab0eforfie0d we0dingoperation withitscompactandsma0size.Aseamtrackinga0gorithm basedon Kerneizedcorre0ationfiterwasproposedtoso0vetheprob0emofarcinterferenceduringwe0dingandtore-aizerea-time accurateandreiab0eseamtracking.A0argenumberofpositiveandnegativesamp0esweretrainedto constructc0assifiersand Gaussiankerne0function mapping wasusedtoimprovetrackingaccuracyandreiabiity.Samp0ecycicmatrixandFouriertransform wereca0cu0atedtoreducetheamountofca0cu0ationandreaizetherea-timetracking.Theautomatictrackinga0gorithm wasimp0ementedintheembeddedsystembasedonARMtocontro0 thecrawingandyawofthemobierobotandreaizerea-timedeviationcorrectionin we0dingprocess.Thewe0ding experimentofV-shapedwe0dingseamfor0argepipeinewasconducted andtheframerateofthevisua0sensorcou0d reach10fps.Theproposedsystemcou0dcorrectthedeviationautomatica0ywiththemovementofthewe0dingrobot thetrackofthewe0dwasaccurate andthewe0dingsurfacewassmooth.Keywords：autonomouswe0dingrobot；embeddedvisioncontro0；seamtracking；kerneizedcorre0ationfiter；rectify deviationcontro0收稿日期：2019-02-18;修订日期：2019-06-03"Received18Feb.2019；accepted03June2019.基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51805370)；*机电汽车”湖北省优势特色学科群幵放基金资助项目(XKQ201809) Foundation items：Project supported by the Youth Program of National Natural Science Foundation,China(No.51805370),and the "Electromechanical Automobile"of Hubei Provincial Advantage and Characteristic Discipline Group Opening Foundation,China(No.XKQ201809).3050计算机集成制造系统第26卷0引言焊接过程中让焊接机器人自主感知焊接环境并实时调是动化的发展方向「1（。
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蓝鼎视觉智能焊缝控制系统
一、系统简介
本系统主要功能是对有缝不锈钢管的氩弧焊接进行自动跟踪与矫正，解决目前人力成本日益提高，人工操作时的视觉疲劳带来的焊接质量问题。
系统采用先进的智能视觉技术，融合光机电技术为一体，目前国内尚未发现同类产品。
本系统由视觉采集系统捕捉焊缝与钨棒的焊接视频，再运用视觉技术计算钨棒的偏移量，进而控制机电装置实时矫正钨棒位置，达到钢管焊接自动跟踪的目的，从而实现无人值守高质量焊接的要求。
焊接现场实际焊接画面
二、系统特点及技术指标
性能特点
✧非接触式，长时间运行无磨损
✧识别精度高
✧可视化效果，钨棒熔池焊缝图像三位一体
✧稳定性好，采用嵌入式系统，比基于PC机控制系统更加稳定可靠
✧人性化的界面，操作界面的设计基于窗口方式，使用简单，无需专业技
术人员即可操作运行
技术指标
✧额定功率：150W
✧识别速率：40ms
✧ 识别精度：0.05mm
✧ 响应时间：≤200ms
✧ 工作温度：-10°~60°
✧ 焊接速度：≤5m/min
✧ 管子直径：≥4mm
三、系统主要部件
电机及传动机
械
采集相机
声光报
警装置
焊接控制箱
系统关系框图
本系统包括主要部件为系统控制箱、焊接视频捕获装置、焊枪移动机构、电流及测速模块。
1. 系统控制箱
系统主板、开关电源、电气控制与驱动、声光报警，输入输出接口等主要模块安装在控制箱内，其外设包括触摸显示屏、鼠标、电源开关、电源指示灯、电机左右微调按键、各类插座（220V 电源插座、鼠标孔、12V 工业摄像机电源插口、电流检测及测速模块接口、电机接口）
2. 专用焊接视频捕获装置
根据氩弧焊弧光光谱特点，定制专用焊接视觉捕捉装置，获取钨棒熔池及焊缝实况细节。
3. 焊枪移动机构
根据视觉识别出的焊枪偏差，正转或反转步进电机，经丝杆联动、带动焊枪
移动矫正与焊缝的偏差。
4.电流检测装置（选配）
用于检测焊机实时工作电流，检测结果可直接显示在彩色显示屏桌面。
用户可根据需要选配该模块。
5.焊接速度检测装置（选配）
用于检测钢管焊接速度快慢，检测结果可直接显示在彩色显示屏桌面。
用户可根据需要选配该模块。
四、产品组成清单
1.系统控制箱一个；
2.控制箱立柱一根；
3.控制箱立柱法兰一块；
4.10mm螺丝螺帽12对；
5.摄像机一个（含镜头和滤光片）；
6.摄像机外壳一个；
7.摄像机外壳支架一个；
8.摄像机外壳支架法兰一个；
9.滚珠丝杠水平滑台一个（含步进电机）；
五、安装说明
1.安装控制箱立柱：在生产线上找到合适空位，将立柱底盘焊住即可；
2.安装摄像机固定立柱：在生产线上找到合适空位，将立柱底盘焊住即可。
注意：摄像机镜头前端到熔池距离要在250mm-400mm范围内。
3.安装焊枪移动机构：
a)制作滑台与原焊枪机构间的固定板；
b)制作焊枪与滑台的固定板；
c)将滑台固定到原机构上；
d)将焊枪固定到滑台上。
六、调试说明
由专业人员现场调试，并提供技术培训。
七、常见问题
1.问：重新开机后其他画面均正常，但是视频画面是黑的，怎么办？
答：造成该现象的可能原因有：1）安装过程中摄像机没有对准目标，通过调节摄像机的角度，使其对准目标即可。
建议在调节过程中将光圈开到最大，这样有利于查找目标。
2）摄像机电源线没接好，导致摄像机不工作。
3）摄像机信号线没接好，导致信号不能进入系统。
2.问：图像画面不清晰怎么办？
答：在本应用中，摄像机镜头前端离焊点的最佳距离为250mm至400mm，若超出该范围，可能会导致画面不清晰。
同时，查看摄像机是否有振动情况，若有振动，先予以排除。
3.图像很小怎么办？
答：对于小直径焊管（如20mm以下），建议采用摄像机镜头前端离焊点250mm的距离，太远会导致图像很小，焊缝不够清晰。
对于20mm以上直径的应用，建议采用400mm的距离。
具体距离可根据实际图像大小进行调节。
4.画面中显示左偏或者右偏的数据是什么单位？
答：画面中显示的熔池与焊缝偏差数据单位为微米。
5.系统的识别精度如何设定？
答：图像识别的结果以像素为单位，识别精度指的是图像中的每个像素对应的实际距离为多少。
根据实验室测量，当对象离摄像机镜头前端400mm时，由本系统采集到的图像，其像素间距离对应到实际距离为25微米。
因此在实际中，如果距离更近，则像素间距对应的实际距离会更少，精度更高；距离更远，则像素间距对应的实际距离会更多，精度则变低。
6.识别跟踪的响应速度如何？最快时间时多少？
答：识别跟踪的响应速度可根据实际需要进行调节，分1-10级，数字越低，响应越平稳；数字越高，响应越灵敏。
在最灵敏的时候，从识别出结果到电机执行动作的时间间隔为200ms。