计算机视觉在焊接中的应用

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计算机视觉在焊接中的应用


                  清华大学机械工程系主任、博士生导师陈强教授 

    随着电子技术、计算机技术、自动控制技术以及信息和软件技术迅速地引入焊接领域，焊接生产自动化、智能化已经成为21世纪焊接技术发展的重要方向。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　

　　计算机视觉以其信息量大、精度高、检测范围大等特点，在焊接领域得到了广泛应用，为实现焊接操作自动化提供了有力手段。借助CCD摄像机，红外摄像仪，X光探伤仪，高速摄像机等图像传感设备及智能化的图像处理方法，许多机器人及特定的自动焊机也具备了一定的视觉功能，它们不仅可以模拟熟练焊工的视觉感知能力，而且可以超越人的局限，完成诸如：获取并处理强弧光及飞溅干扰下的焊缝图像，实时提取焊接熔池特征参数，预测焊接组织、结构及性能等工作，实现人类难以直接作业的特殊场合（如水下、空间核辐射环境等）的自动焊接施工，确保焊缝质量的稳定性和可靠性。　　　　　　

　  焊接中的视觉传感一般包括：以单个或几个光电接收单元（包括线阵列）为检测组件的单光点一维视觉传感；机械扫描或电扫描的平面阵列成像式二维视觉传感；三维视觉传感通常是对多个低维传感器获得的信息进行综合处理运算来实现。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　  在国内外研究人员的共同努力下，计算机视觉广泛应用于焊缝跟踪、熔池形状与熔透控制、焊道形貌检测与控制等领域，为焊接生产和过程自动化、智能化作出了重要贡献。鉴于焊接过程的复杂性、先进制造业对焊接技术更高层次的需求及用户对新型视觉传感系统更高的性能价格比要求，当前还必须解决系统的复杂性与可靠性、实时性与精确性、可控性与智能化等方面的问题。　　　　　　　　　　　

    展望未来，采用最新的计算机视觉理论，开发焊接机器人视觉传感与控制技术，研制能够识别目标环境、随时精确跟踪轨迹并调整焊接参数的智能焊接机器人已经成为焊接领域的重要发展趋势之一。国内外许多研究人员对机器人视觉系统在焊接接头特征识别、焊接参数优化、焊炬位姿调节、焊接路径规划、焊缝跟踪、焊缝熔透控制等方面的应用开展了卓有成效的研究。国外知名的焊接机器人厂家如KUKA，GMF，Motoman，Adept等相继开发出装备有新型视觉传感系统的机器人。与普通机器人相比，新型机器人因其具有更为广阔的应用领域、更为强大的功能及更为优越的性能，而受到市场广泛欢迎，其售价通常是普通机器人的两倍。国内也相继开发出具有视觉传感功能的智能化的特种机器人产品。具有视觉功能的机器人已经应用于汽车、航天和重型构件的生产用于锅炉、管道、大型球罐的焊接生产。可以预见，在不久的将来，具有视觉功能的智能机器人必将在深水、外层空间及核辐射环境等条件恶劣的工作场合中完全代替焊工，完成焊接操作。 　　　　，计算机视觉在焊接中的应用