白秀科 钟杰

摘 要：将视觉传感技术应用在焊接机器人上，不仅能够提高机器的焊接效率，也能够提高焊接质量，笔者根据调查研究分析了基于视觉传感的焊缝跟踪技术，阐述了焊缝跟踪的方式和原理并分析了其优缺点。着重研讨了焊缝图像处理技术的发展，在对焊缝跟着控制技术的论述中，分析了常见的视觉控制方式的特点以及智能控制技术在焊缝跟踪技术中的运用。

关键词：视觉传感;焊缝跟踪;焊接机器人;图像处理

焊接技术广泛应用于航天领域、建筑工程领域以及汽车行业。目前，焊接机器人的工作方式只能按照特定的编程和示范教育来完成，无论是适应性还是灵活性都较差，再加上这种工作方式需要有非常稳定的焊接作业环境，使焊接存在局域性。再者由于焊接过程中工件荣誉受热变形、加工装配存在误差等干扰因素，使焊缝的实际与编程之间无法精准的联系，从而导致出现误差。焊缝跟踪技术的应用前提是传感器技术，基于视觉传感技术的焊缝跟踪系统，要在控制光，电，机和机构装备的统一性，也需要图像处理和控制结构的时效性。在规划焊接机器人的路径方面和调整焊接机器与视觉传感器的信息传输闭环控制方面，需要视觉传感具有较高的精度和时效性，本文在分析视觉传感器的现状的基础上阐述了基于视觉传感的焊缝跟踪系统的发展。尤其是焊缝跟踪系统的图像处理技术。

1 视觉传感技术的分类

由于视觉传感器采集的光源不同，可以分为以激光辅助照明的主动光视觉和以自然光为光源的被动光视觉。

1.1主动光视觉

主动光视觉采用了特殊的照明光源，根据不同的传感器构造分为激光扫描和结构光两种形式：激光扫描是指激光光速照射到反射镜，在工件表面形成条形光带，这种激光扫描方式能够使信噪比较高，也会提高抗电弧光的干扰能力，加快信号处理的速度，结构光法是指激光管在工件上投射激光所形成的特定宽条纹光带，对收集到的激光条纹光带利用摄像机处理图像，从而确定了焊缝的中心线。

2 视觉传感焊缝跟踪处理技术

2.1 图像预处理

在焊接过程中，弧光、飞溅都是不可避免的，再加上很多的噪音留存在图像中着就要求对焊缝的图像进行预处理。图像噪音的去除和增强图像使常见的预处理方式。去除图像噪音是指利用滤波器中所包含的噪音特征不同，在图像噪音去除中的功能也不一样。

例如，在去除图像噪声方面最常用的是非线性滤波器中的中值滤波器，因为中值滤波器在去除噪声的时候，可以保持图像边缘的清晰度，有利于提取特征规避了线性滤波器的缺点。针对弧光、飞溅噪声的特点在处理图像中的弧光发、飞溅时可以选取两幅相邻采取样本时间内的图像，对应像素相“与的应用”才能够使其得以去除，争抢图像使焊缝去噪后的重要环节，有利于使图像更加明确。在增强图像方面可以采用匹配直方图，变换灰度值的策略也可采用均衡梯度图像直方图，增强图像。

2.2 图像识别

图像分割和特征提取使图像识别的重要组成部分，所谓的图像分割是指从图像中把目标分割出来，特征提取是指利用灰度值的不连续性，特征进行图像提取，其中，较好的边缘检测算子是Canny算子。根据图像中不同的灰度值选择不同的阈值，采用适合的阈值分割法，能够有效区分灰度层级。图像分割算法，是图像处理中的研究关键。焊接跟踪系统中如何滤除噪声、提取目标边缘对焊缝跟踪的发展有着重要的价值，焊缝图像处理算法的精准是焊缝跟踪的保障。

3 焊缝跟踪技术

3.1 视觉控制方式

把特征点从焊缝图像中有效提取，利用摄像机不同的参数确定三维坐标是基于位置的视觉控制，这种控制方式具有直观性，也比较容易操控。在把特征点的图像坐标提取并转化成实际三维坐标以后，可以对三维坐标点的确定更好的操控焊接机器人，使其自动焊接。再者在焊接起始阶段，通过把焊枪对准焊缝可以得到产考图像特征，并且在缓解过程中可以随时获得反馈图像特征，把二者的图像偏差进行分析，从而设计跟踪精度较高的控制器控制器。此外，混合视觉伺候控制技术对焊缝跟踪系统的设计，在焊缝纠偏方面能较好的控制图像的视觉，从而控制焊缝机器人准确的按照焊缝方向进行操作。这种基于位置的视觉控制技术能够消除焊枪与焊缝的偏差。

3.2 只能控制技术

在寒风跟踪过程中焊接质量的高低取决于焊缝偏差的程度。在焊接过程中，由于受到各种各样复杂因素的影响，传统的PID控制无法使焊缝跟踪实现自动控制。所以，随着人工自能的发展和自能控制技术在焊接过程中的技术也越来越多。自能控制技术使焊缝跟踪系统更具有时效性。被引入到焊缝跟踪系统的人工智能控制方法有模糊控制和神经网络控制。

3.2.1模糊控制。所谓的模糊控制是指在设计控制器时采用启发式规则和分析专家的经验而获得的。在研究者设计模糊控制器时为了满足实际焊接需求消除误差降低偏差，和调节系统速度等。模糊控制器能够通过修改比例因子和量化因子使其适应能得以提高。

3.2.2神经网络控制。所谓的神经网络是指有序的连接多个神经元组成网络，它的自学和非线性映射能力较强。因此，在寒风跟踪控制上应用较为广泛，例如，BP网络技术，由于其成熟的理论研究和简单的网络结构，BP网络是目前最为呗广泛应用的智能控制网络

结束语

广大学者基于视觉传感系统对焊缝跟中进行了大量的探究，从而提高机器人的焊接质量和精度。改革创新了图像处理方法，改善了焊缝跟踪系统的控制方式，使焊缝跟踪系统工具实时性，结合智能化控制技术进一步优化了焊缝跟踪系统的焊接工艺，从而提高焊接精度和质量。

参考文献

[1]范俊峰，景奉水，方灶軍.基于视觉传感的焊缝跟踪技术研究现状和发展趋势[J].热加工工艺，2017，4605：6-10+14.

[2]石永华.基于视觉传感的药芯焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统[D].华南理工大学，2001.

[3]刘小溪.基于MATLAB单目视觉焊缝跟踪系统[D].沈阳大学，2015.

（作者单位：成都理工大学）