基于激光跟踪管道焊接机器人跟踪算法研究.pdfVIP

北京石油化工学院学报 第 18卷 第 1期 Vo1．18 N0．1 JournalofBeijingInstituteof 2010年 3月 M ar．201O Petro—chemicalTechnology 基于激光跟踪 的管道焊接机器人 跟踪算法研究六 崔卫韬 曹莹瑜 黄军芬 黄继强 (北京石油化工学院化学工程系 ，北京 102617) 摘 要 研究并提 出了基于激光跟踪 的管道焊接机器人跟踪算法 ，介绍 了基于激光跟踪 的 焊缝跟踪技术的优点，对焊缝 自动跟踪过程 以及该过程 中前置传感滞后跟踪、实时跟踪算法等关键技术 问题进行了深入探讨 。管道焊接机器人 的工艺试验表 明：该算法可有效提高基于激光跟踪 的管道焊接 机器人跟踪精度 。 关 键 词 激光跟踪 ；管道焊接机器人 ；前置传感 中图法分类号 TG441．4 目前 ，我国管道焊接施工仍 以手工 电弧焊 精度指标相差很多 ]。(3)视觉传感焊缝跟踪 为主，半 自动焊为辅 。在施工过程中，人为因素 技术 。当前 ，视觉传感焊缝跟踪技术主要有两 造成 的质量不稳定问题 比较突出。而全位置 自 个研究方 向：焊缝线结构光跟踪与无附加光源 动焊技术在大直径厚壁压力管道焊接 中全面应 焊缝二维图像跟踪 。焊缝线结构光跟踪的基本 用 尚有一定难度 ，其 主要原因是大直径厚壁压 原理是 ：将基准光栅条纹结构光投射到焊缝表 力管道的安装环缝组装难以达到均匀一致 的高 面，条纹随着焊缝表面 的起伏发生相应的变化， 精度 ，这就要求全位置 自动焊设备能根据坡 口 CCD摄像机摄取工件表面图像 ，然后采用计算 尺寸和偏差 自动调整焊枪位置 ，从 而实现焊缝 机 图像处理技术从被焊缝及工件表面形状调制 的自动跟踪 。 的条纹模式中提取焊缝 的三维信息 ，实现坡 口 目前管道焊接机器人可 以借鉴的焊缝跟踪 边缘的检测和提取 。而无附加光源焊缝二维图 技术有 以下几种 ：(1)示教再现。这种方式虽然 像跟踪 的基本原理是 ：用 CCD摄像机直接拍摄 具有操作简单 、重复性好 的优 点，但有 以下缺 熔池正上方的图像 ，然后通过区域分割 、滤波、 点 ：要求操作者必须能在工作现场直接示教 ；对 增强 、边界提取等步骤 ，分别确定焊枪位置和焊 实际工作过程发生的变化无法做 出判断，不能 缝坡 口中心位 置，分析焊枪 中心是否和焊缝 中 自动调整焊矩移动和焊接参数 ；在某些恶劣环 心一致 ，以实现偏差调整Erqo]。 境下 ，直接示教很 困难 口]。(2)离线编程技术 。 通过 比较不难发现，在工业环境 中，焊缝线 先进 的离线编程系统 以图形方式对模型机器人 结构光跟踪法优于无附加光源焊缝二维图像跟 进行示教编程 ，可 以优化机器人 的运动 以节省 踪法。虽然后者可直接摄取熔池 图像 ，不存在 运行时间，避免机器人与环境发生碰撞 。但是 ， 前置传感滞后跟踪 的问题 ，但是 由于不采用外 由于离线编程建立在机器人和环境的精确模型 加光源而直接利用焊接电弧光 ，必然存在强烈 之上 ，这时又引入 了机器人模 型不准确而造成