双目视觉立体曲面焊接机器人测控技术发展前景

焊接作为材料加工的一种重要方法，在工业生产环节中得到了广泛的应用。随着工业机器人技术的快速发展，用机器人焊接代替传统的人工焊接逐渐成为了一种趋势，并广泛应用于石油、化工、汽车、船舶、冶金等各个行业，目前，世界各主要工业发达的国家在焊接机器人领域均进行了大量的技术储备。机器人焊接相比于人工焊接具有工作效率高、稳定性好、可靠性高等优点，可以在人工无法直接工作的场合(如水下、核工业现场、高温高压环境等)进行作业，能有效避免焊接过程中产生的热辐射、有害气体、弧光等对人体的伤害，从而改善生产作业环境，提高生产效率。

为了实现焊接机器人的自主焊接，需要给焊接机器人附加相应的传感设备，以保证机器人对周围环境的感知和判断。由于焊接作业是一个力、光、热、电等各种物理因素作用的复杂过程，通常需要给焊接机器人附加激光、视觉、超声、红外、光电等各式各样的传感器。其中视觉传感器的应用非常广泛，立体视觉传感器因具有信息采集丰富、环境适应性好、非接触不易干扰等优点长期以来是科研人员研究的重点。因此，给焊接机器人赋予视觉实现自主焊接是推动焊接过程自动化、智能化、信息化的关键。

计算机视觉技术以及图像处理技术在焊接机器人中的应用是近年来的发展趋势，国内外许多专家与学者均进行了研究。借助于红外传感器、激光扫描器、CCD摄像机、光电传感器等视觉获取设备，使得焊接机器人有了类似于人类视觉的功能。它们不仅可以熟练的感知周围的环境，而且具有人类难以无法超越的优势，例如:在强弧光以及飞溅等恶劣条件下的图像采集、对焊接对象特征参数的实时提取、对焊缝的结构、性能、走势等难以获得的信息进行预测等。

具有视觉传感的焊接机器人主要就是仿人类视觉的感知过程，直观认知和理解目标对象以及所处的工作环境，仿人类的肢体动作过程，直接控制和操作焊接机器人实现自主焊接的整个流程。由于该工作过程中普遍存在焊缝模型难以预先确定、焊接机器人自主能力弱、焊接效率低、扰动大等问题，尤其是弧焊机器人对焊缝轨迹跟踪的要求非常高，因此工业生产中具有立体视觉的焊接机器人值得深入的研究。

本文进行的基于双目视觉的立体曲面焊接机器人测控关键技术的研究，利用双目视觉的方法获取空间曲面的三维焊缝信息并进行空间建模，通过对焊接机器人机械臂各关节的控制实现路径规划和对焊缝轨迹的跟踪，从而实现焊接机器人的自主焊接，增强了焊接的水平和灵活性，具有非常广阔的应用前景。