智能焊接技术及应用 课件 2.2.5视觉跟踪

智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01视觉跟踪02学习总结03一、学习目标深入理解视觉跟踪技术核心原理，掌握CCD、CMOS图像传感器的光电转换机制，以及被动、主动视觉传感技术的检测方法和工作原理。学习目标熟悉视觉传感器在焊缝跟踪、焊接质量控制等方面的应用技术，学会分析不同视觉传感技术在实际焊接场景中的优势与局限。掌握视觉传感器在焊接过程中的操作流程，包括图像采集、处理和利用偏差进行焊枪位置纠偏的方法，提升实际操作能力。0204了解视觉跟踪系统的组成结构，如在TIG焊单面焊双面成形和焊缝跟踪系统中的具体构成，明晰各组件的功能及协同工作方式。0103二、视觉跟踪视觉传感技术是焊接机器人实现智能化操作的关键技术之一。核心原理：通过传感器（如摄像头、激光雷达等）捕捉焊接区域的图像信息，并通过图像处理和分析技术提取焊缝的位置、形状和尺寸等关键参数。机器视觉系统常用的图像传感器：有CCD图像传感器和CMOS图像传感器。功能：通过光电转换，将光学影像转化为数字信号。CMOS图像传感器信号输出的一致性较差，信号质量比CCD图像传感器略差，但成本低，因此正逐步取代CCD图像传感器成为市场的主流。CMOS芯片及相机二、视觉跟踪视觉检测系统分类：被动视觉传感技术和主动视觉传感技术。（1）被动视觉传感技术检测方法：利用弧光本身照明焊接区，通过复合滤光技术减轻弧光的干扰，使摄像机在一个弧光对熔池辐射比例适当的、较窄的光谱范围内获取熔池的正面图像。优点：不存在检测对象与被控对象的时间差，更容易实现较为精确的跟踪控制。被动激光视觉传感器焊缝跟踪控制原理采用电弧光作为光源，由相机直接摄取焊接熔池图像，通过图像处理检测出熔池中心位置，计算焊接熔池中心位置与焊炬位置的偏差并送入控制器，控制执行机构调整偏差，直至偏差消除为止，如图所示。1.视觉传感器技术原理二、视觉跟踪（2）主动视觉传感技术检测方法：采用辅助光源，有助于压制、减小弧光对图像的干扰，以提高图像的质量。三角测距原理示意图焊缝跟踪中，采用的辅助光源一般为单光面或多光面的激光或扫描的激光束。为简单起见，分别称之为结构光法和激光扫描法。它们都是基于三角测距原理，来获得待焊焊缝信息的，如图所示。用于熔滴拍摄、熔池监测以及焊缝跟踪等方面。应用场景二、视觉跟踪激光器发射激光，在照射到物体后，反射光由CCD接收，由于激光器和探测器间隔了一段距离，所以依照光学路径，不同距离的物体将会成像在CCD上不同的位置。按照三角公式进行计算，就能推导出被测物体的距离D，公式如下所示：结构光视觉传感器f——接收透镜的焦距；𝐿——发光光路光轴与接收透镜主光轴之间的偏移（即基线距离）；𝑑——在接收CCD上的位置偏移量。结构光视觉传感器原理：激光管发出的点光源经一柱状镜转换成条形光，投射到工件表面的V形坡口角接焊缝或搭接焊缝上，发生相应的变形，并向工件上方漫反射。二、视觉跟踪典型的采用激光扫描和CCD器件接收的视觉传感器结构原理：基于线阵CCD的激光扫描视觉传感器的结构激光光束从水平方向照射到扫描轴的镜子上，再反射到工件表面。从工件反射的光经过扫描轴的另一镜子反射到透镜，并在CCD上成像。电动机在正反转驱动下不停地来回转动，使激光束在工件上横向扫描。二、视觉跟踪2.视觉传感器的应用技术优势非接触式检测，避免工件损伤；信息采集维度丰富，涵盖多维数据；检测精度和灵敏度处于较高水平；动态响应速度快，适应高速焊接需求；抗电磁干扰能力强，保障复杂工业环境稳定性；形状适应性广，兼容各类焊缝坡口形态。实现焊缝实时跟踪与焊接质量智能控制。广泛应用于焊接自动化控制系统，提升焊接工艺的智能化水平和生产质量。核心功能​​应用领域​​二、视觉跟踪（1）视觉传感器在TIG焊单面焊双面成形过程熔透控制中的应用该系统主要由视觉检测模块、TIG焊焊枪、送丝机构以及计算机控制模块等部分组成。视觉检测模块由视觉传感器CCD相机组成。通过CCD相机实时采集熔池图像，传输到计算机控制模块进行图像处理，提取熔池特征信息，将熔池特征信息导入设计好的控制器中，生成相应的控制量，进而实现对焊接过程的稳定控制。焊接控制系统示意图二、视觉跟踪（2）视觉传感器在焊缝跟踪系统中的应用构成：线结构光视觉传感器、工控机、运动机构和焊接装置等。结构光视觉传感器由相机、线激光器和滤光镜片组成。焊接控制系统示意图焊缝跟踪过程：

结构光焊缝图像采集：激光器将激光条纹投射到焊件表面，焊缝的存在使激光条纹发生变形，相机实时采集这些变形的激光条纹。结构光焊缝图像处理：图像处理模块对采集到的图像进行滤波和特征点识别，计算出焊缝的偏差。焊缝纠偏：根据计算出的偏差，工控机通过运动控制卡发出脉冲信号，驱动电机调整焊枪位置，使其对准焊缝中心，实现自动纠偏。视频来源：/video/BV1Ti4y1g7rq/?spm_id_from=333.1391.0.0&vd_source=37676f899c88a6610f2f50eb1e23a774三、学习总结视觉跟踪技术借助图像传感器捕捉焊接区域图像，通过图像处理获取焊缝关键参数。被动视觉传感利用弧光照明，主动视觉传感采用辅助光源，两者基于不同原理工作，各有特点。技术原理回顾视觉跟踪系统由多种组件构成，在TIG焊单面焊双面成形和焊缝跟踪等场景发挥重要作用，能实现熔透控制和自动纠偏，提升焊接质量。系统与应用总结视觉跟踪技术具有非接触检测、精度高、响应快等优势，但也存在受环境光干扰、复杂场景图像处理难度大等局限，应用时需综合考量。技术优势与局限未来视觉跟踪技术将朝着提高检测精度、增强复杂场景适应性的方向发展，进一步推动焊接行业的智能化升级，在更多领域发挥更大价值。技术发展展望操作流程包括图像采集、处理和焊枪纠偏，各环节紧密配合，确保焊接过程中焊枪准确跟踪焊缝，提高焊接的准确性和稳定性。操作流程梳理智能焊接技术及应用传感类型主讲:朱征宇课后习题1.机器视觉系统中，成本较低且正逐步成为市场主流的图像传感器是（）A.CCD图像传感器B.CMOS图像传感器C.激光雷达传感器D.光学滤镜传感器答案：B解析：课件提到CMOS图像传感器成本低，虽信号质量略逊于CCD，但正逐步取代CCD成为主流；A成本高，C、D非图像传感器，故排除。课后习题2.主动视觉传感技术中，结构光法和激光扫描法的共同核心原理是（）A.光电转换原理B.三角测距原理C.弧光滤波原理D.电磁感应原理答案：B解析：课件指出主动视觉传感的结构光法和激光扫描法均基于三角测距原理获取焊缝信息；A是图像传感器原理，C是被动视觉技术，D无关，故排除。课后习题3.结构光视觉传感器中，计算被测物体距离D的公式涉及的参数不包括（）A.接收透镜焦距fB.基线距离LC.激光频率ΔfD.CCD上的位置偏移量d答案：C解析：课件中结构光测距公式涉及f、L、d，Δf

是调频连续波技术的参数，与结构光无关，故答案为C。课后习题4.视觉跟踪技术的技术优势包括（）（多选）A.非接触式检测，避免工件损伤B.信息采集维度丰富，含多维数据C.动态响应速度快，适应高速焊接D.抗电磁干扰能力强，适应复杂环境E.不受环境光干扰，适用所有场景答案：ABCD解析：视觉跟踪有A、B、C、D四项优势；E是局限，其受环境光干扰，故排除。课后习题5.焊缝跟踪系统的组成部分包括（）（多选）A.线结构光视觉传感器（相机、激光器等）B.工控机C.运动机构（步进电机等）D.焊接装置（焊枪、弧焊机等）E.反射靶标答案：ABCD解析：课件提到焊缝跟踪系统由A、B、C、D组成；E是激光跟踪技术组件，故排除。课后习题6.

CMOS图像传感器的信号质量优于CCD图像传感器，因此在高精度视觉跟踪场景中应用更广泛。（）答案：错误解析：课件指出CMOS信号质量比CCD略差，虽成本低但高精度场景仍常用CCD，题干表述相反。课后习题7.被动视觉传感技术通过（）减轻弧光干扰，使摄像机在特定光谱范围内获取熔池正面图像。答案：复合滤光技术解析：课件提到被动视觉传感利用复合滤光技术减少弧光干扰，故填空处为复合滤光技术。课后习题8.简述主动视觉传感技术与被动视觉传感技术的核心区别。答案：核心区别在于光源使用：主动视觉传感采用激光等辅助光源，基于三角测距原理工作，可减少弧光干扰；被动视觉传感利用焊接弧光本身照明，无需辅助光源，无检测与被控对象时间差，更易精确跟踪。课后习题9.视觉跟踪的焊缝纠偏流程正确的是（

）。A.图像处理→图像采集→焊枪调整B.图像采集→焊枪调整→图像处理C.图像采集→图像处理→焊枪调整D.焊枪调整→图像采集→图像处理答案：C解析：焊缝跟踪流程为“图像采集→图像处理（提取偏差）→工控机控制电机调整焊枪”，故选C。课后习题10.主动视觉传感技术中，激光扫描法的主要作用是（

）。A.增强弧光干扰B.压制弧光干扰，提高图像质量C.增加焊接速度D.减少焊接耗材消耗答案：B解析：主动视觉“采用辅助光源压制弧光干扰，提高图像质量”，激光扫描法属于主动视觉，故选B。课后习题11.视觉跟踪系统在TIG焊单面焊双面成形中的核心组件是（

）。A.激光雷达B.CCD相机C.电弧传感器D.压阻式触觉传感器答案：B解析：案例中，TIG焊熔透控制系统的视觉检测模块由“CCD相机”组成，负责采集熔池图像，故选B。课后习题12.结构光视觉传感器基于以下哪种原理实现测距？（

）A.声波反射原理B.三角测距原理C.红外热成像原理D.电磁感应原理答案：B解析：主动视觉传感技术“基于三角