焊接机器人视觉伺服国外研究现状

国外科研人员对机器人的研究比较早，技术也相对成熟。第一代焊接机器人已经广泛地用于工业生产中。自上世纪八十年代，对第二代机器人的研究不断深入，视觉传感器成为焊接机器人智能化的关键器件，得到了快速的发展，视觉传感器技术也不断地提高，焊接机器人视觉在焊接领域的前景更加广阔。

英国WhiteR.A等人针对坡口焊缝采用主动视觉系统，通过图像处理得到单一像素的焊缝中心线，使用全局搜索法寻找焊缝拐点，最终经处理提取到焊缝的特征信息。其系统可以处理5-20mm宽的焊缝，但是图像处理过程比较长，不能满足焊缝跟踪的实时性要求。美国Wei Huang等人针对工业实时性要求，分析了结构光视觉系统在焊接系统中的应用，提出一个基于结构光的主动视觉系统设计，该系统在实时性能有了很大的提高。韩国首尔国立大学的Doyoung Chang, Dongh-oon Son等进一步提高了结构光焊缝识别精度，他们使用激光位移传感器开发了一种基于焊接路径规划的焊缝跟踪算法。其算法的目的是检测单对接焊焊缝的非零间隙。基于激光的机器人主动视觉精度高、易实现，但其结构复杂，体积大，对焊缝类型和焊缝宽度要求比较高，使焊接机器人的灵活性和鲁棒性大大降低。

日本庆应大学Suga等人针对光滑薄板提出了一种基于被动视觉的移动焊接机器人。它采用三轮移动机构，在焊枪的末端装有一个CCD，作为视觉传感器能够确定焊缝的位置及形状。该机器人的视觉系统在检测焊缝位置时需要人工辅助焊缝引导。日本Maizuru College of Technology Saitama University和Hitathi Techno Engineering Corporation联合研制的视觉伺服跟踪焊接机器人，采用基于CC-D摄像机的视觉伺服技术跟踪焊缝进行焊接，将经CCD摄像机采集到的图像进行平滑滤波、特征分割和提取，得到焊缝的空间信息，进而使焊缝实时跟踪的效果非常理想。瑞典工程大学的Ryberg A, Ericsson M, Christiansson A K等人从焊接过程热变形入手，在ABB机械臂机器人的基础上搭建了一个多功能的机器视觉系统，使用Eye-in-Hand手眼双目视觉系统，修正因热变形导致的轨迹偏差，使焊接机器人末端执行器轨迹偏差大大减小，经实验证明焊接空间曲线轨迹偏差减少到了0.23mm}3'}。韩国研究者K.Y.Bae针对管道焊接中的GMAW焊接，研制了一个能够实时变换焊炬位姿的焊缝跟踪系统，它很好的跟踪焊缝，跟踪精度达到±2mm/140mm。印度研究者A.De和D.Parl基于视觉传感器，通过分析弧光信息来识别焊接的轨迹，然后与期望的焊缝轨迹进行实时对比计算偏差，最后根据计算得到偏差作为控制系统的输入来进行纠偏。

此外，许多国外著名的机器人公司已经有相关产品，并广泛用于生产制造中，但基本上都是采用激光主动视觉系统。加拿大Modular Vision System公司针对细微焊缝，研制出三维激光发生器，用于焊接视觉系统能够识别宽度为0.050mm的焊缝，跟踪精度也达到了0.020mm。美国的COGNEX公司将自主生产的视觉传感系统应用在螺旋管的埋弧焊缝上，自动采集打在工件上的结构光，使用内嵌程序实现焊缝的识别和跟踪。英国MetaMachines Ltd的Laser Pilot MTR和LaserPilot MTF研制的激光焊缝跟踪系统定位精度小于0.1mm。瑞典ASEA公司的Laser Track跟踪系统，能够自主寻找焊缝初始点，并能对其进行跟踪。它的焊接跟踪精度为±0.4mm，焊接速度可以达到120mm/min。