【焊缝识别技术的国内外研究现状的文献综述3100字】

焊缝识别技术的国内外研究现状的文献综述焊接机器人自动焊接一个关键的难点在于焊缝的识别与跟踪，包括焊缝位置识别、初始点识别和位姿保证等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘苏宜</Author><Year>2005</Year><RecNum>359</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8,9]</style></DisplayText><record><rec-number>359</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619232238">359</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>刘苏宜</author><author>王国荣</author><author>钟继光</author></authors></contributors><auth-address>华南理工大学,华南理工大学,华南理工大学广州510640,广州510640,广州510640</auth-address><titles><title>视觉系统在机器人焊接中的应用与展望</title><secondary-title>机械科学与技术</secondary-title></titles><periodical><full-title>机械科学与技术</full-title></periodical><pages>1296-1300</pages><number>11</number><keywords><keyword>视觉系统</keyword><keyword>视觉传感</keyword><keyword>机器人焊接</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>1003-8728</isbn><call-num>61-1114/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>许海涛</Author><Year>2019</Year><RecNum>450</RecNum><record><rec-number>450</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">450</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>许海涛</author></authors><tertiary-authors><author>帅立国,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>焊接机器人焊缝识别跟踪技术研究</title></titles><keywords><keyword>焊接机器人</keyword><keyword>焊缝识别跟踪</keyword><keyword>焊接位姿</keyword><keyword>无损探伤</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher>东南大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[8,9]。焊缝识别技术就是利用各种传感技术快速、准确地检测焊缝的实际位置信息，将实际位置与焊枪位置进行比较，得到位置偏差信息，控制执行机构实时调整焊枪位置，从而实现焊缝跟踪。传感器的好坏将直接影响焊缝跟踪的精度，因此，许多研究人员在焊接传感技术方面做了大量的科研，探讨不同传感原理在焊缝识别中的应用，设计了许多不同的焊接传感器，目前广泛应用的传感器有电弧传感器和视觉传感器。1.1电弧传感器电弧特性传感器的原理是利用焊接时电弧长度与电弧电压或电弧电流的关系而研制成的一类传感器ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>侯晓峰</Author><Year>2004</Year><RecNum>487</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>487</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">487</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>侯晓峰</author></authors><tertiary-authors><author>孟庆鑫,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>焊缝自动识别与跟踪</title></titles><keywords><keyword>焊缝</keyword><keyword>识别</keyword><keyword>传感器</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><publisher>哈尔滨工程大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]，利用自身的特性建立数学模型，当焊枪与工件的相对位置发生改变时，会引起电弧电流和电弧电压的动态变化，提取电弧自身动态变化的电参数信号的。电弧参数的动态变化时提取的特征信号可以用来实现焊枪的跟踪控制。电弧传感器按照结构主要分为三种，摆动扫描式、双丝并列式和高速旋转式扫描式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>黎昭郁</Author><Year>2015</Year><RecNum>461</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>461</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">461</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>黎昭郁</author></authors><tertiary-authors><author>高向东,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>强弧光环境下焊缝识别模型及实现方法研究</title></titles><keywords><keyword>电弧焊接</keyword><keyword>焊缝检测</keyword><keyword>视觉模型</keyword><keyword>焊缝跟踪</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>广东工业大学</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]。其跟踪信号是由焊接电弧取出，没有附加的单独传感装置便可实现对坡口位置进行实时跟踪，没有位置导前误差，同时不怕飞溅、弧光、烟尘等环境因素的干扰。结构简单、成本低、实时性好，已经广泛地应用在自动焊接设备的焊缝跟踪。清华大学潘际銮等在旋转电弧传感器原理、构造、应用做出大量研究，并取得重大的研究成果ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12-14]，廖宝剑博士在圆锥旋转电弧的基础上成功研制了一种空心轴电机驱动的旋转电弧传感器，该方案采用直流电机直接驱动，省去了齿轮传动，电机损耗明显降低，其结构简单紧凑，调节方便，机械震动小，提高了旋转电弧传感器的实用性，其结构如图1.3所示。图1.3旋转电弧传感器结构示意图在此基础上，南昌大学机器人研究所对旋转电弧传感器进行了改进，通过优化结构，减小了传感器的体积。通过增加配重，改善了偏心旋转重心不平衡引起的振荡问题ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王帅</Author><Year>2016</Year><RecNum>460</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15]</style></DisplayText><record><rec-number>460</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">460</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王帅</author></authors><tertiary-authors><author>张华,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>直角转弯移动焊接机器人结构设计与仿真</title></titles><keywords><keyword>移动焊接机器人</keyword><keyword>旋转电弧传感器</keyword><keyword>动平衡</keyword><keyword>运动规划</keyword><keyword>虚拟样机</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><publisher>南昌大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[15]，传感器内部采用陶瓷材料，避免了电机击穿的故障，采用冷却剂，避免了实际运行中冷却剂引起的安全隐患ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘诚</Author><Year>2018</Year><RecNum>454</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>454</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">454</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>刘诚</author></authors><tertiary-authors><author>张华,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>龙门式焊接机器人焊缝跟踪系统研究</title></titles><keywords><keyword>龙门式焊接机器人</keyword><keyword>旋转电弧传感器</keyword><keyword>焊缝跟踪</keyword><keyword>偏差识别</keyword><keyword>轨迹规划</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>南昌大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[16]。在船厂的焊接作业中取得了良好的效果。南昌大学的乐健设计了旋转电弧转速控制的硬件系统和软件系统，使得旋转电弧传感器的转速在20Hz附近小幅度波动，提高了焊缝跟踪的精确度，进一步提高了焊接的质量ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>乐健</Author><Year>2013</Year><RecNum>341</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>341</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619232238">341</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>乐健</author><author>张华</author><author>叶艳辉</author></authors></contributors><auth-address>南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室;</auth-address><titles><title>旋转电弧传感器转速控制系统设计</title><secondary-title>焊接技术</secondary-title></titles><periodical><full-title>焊接技术</full-title></periodical><pages>52-54</pages><volume>42</volume><number>09</number><keywords><keyword>旋转电弧传感器</keyword><keyword>模糊控制</keyword><keyword>转速控制</keyword><keyword>焊接自动化</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><isbn>1002-025X</isbn><call-num>12-1070/TG</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[17]。如图1.4所示。图1.4旋转电弧传感器控制系统和实物图1.2视觉传感器在焊接工作中，视觉传感是一种先进的焊缝检测技术，极大的提高了焊接机器人的智能型和灵活性。利用视觉传感器采集焊缝的图像信息，包括焊缝的坡口形状和三维特征点，将焊缝的三维坐标发给焊接机器人，焊接机器人结合相应的焊接的工艺要求进行参数的设定，控制焊枪的移动，从而实现对焊缝实时检测和焊缝跟踪。视觉传感属于非接触式传感，不受电磁干扰，能够获得丰富的焊缝信息。根据光源的不同可分成被动式和主动式，如图1.5所示，被动式利用自然光或弧光作为背景光源，通过工业相机获得感兴趣的焊接区域图像，主动式依靠外加辅助光源来获取焊接区域的特征信息。因激光具有方向性、单色性和相干性好，能量集中等优点；外加辅助光源多采用激光结构光形式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郭吉昌</Author><Year>2017</Year><RecNum>335</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[18]</style></DisplayText><record><rec-number>335</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619232238">335</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>郭吉昌</author><author>朱志明</author><author>于英飞</author><author>孙博文</author></authors></contributors><auth-address>清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室;</auth-address><titles><title>焊接领域激光结构光视觉传感技术的研究及应用</title><secondary-title>中国激光</secondary-title></titles><periodical><full-title>中国激光</full-title></periodical><pages>7-16</pages><volume>44</volume><number>12</number><keywords><keyword>机器视觉</keyword><keyword>视觉传感器</keyword><keyword>激光结构光</keyword><keyword>焊接领域</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>0258-7025</isbn><call-num>31-1339/TN</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[18]，见图1.6。近年来，随着电子技术、光学技术、图像处理技术和机器视觉技术的进步，视觉传感技术在焊接中的应用具备了坚实的硬件结构基础和技术服务保障ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郭亮</Author><Year>2018</Year><RecNum>457</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[19]</style></DisplayText><record><rec-number>457</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">457</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>郭亮</author></authors><tertiary-authors><author>张华,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>移动机器人不连续焊缝跟踪技术研究</title></titles><keywords><keyword>不连续</keyword><keyword>焊缝识别</keyword><keyword>焊缝跟踪</keyword><keyword>流水孔</keyword><keyword>直角拐弯</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>南昌大学</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[19]。图1.5被动式视觉传感器图1.6主动式视觉传感器国内对结构光视觉进行了大量的研究，实验结果表明结构光视觉的优点是算法简单，成本较低，实时性好；但不足之处为精度相对较低和易受到反射光的影响。徐德、谭民等人在机器人视觉测量与控制方法做出大量研究ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>徐德</Author><Year>2011</Year><RecNum>381</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[20]</style></DisplayText><record><rec-number>381</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619232269">381</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>徐德</author><author>谭民</author><author>李原</author></authors></contributors><titles><title>机器人视觉测量与控制</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>机器人视觉测量与控制</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20]，从理论上推导了摄像机、结构光平面标定方法，并探讨了两种手眼的标定方法，给出了手眼系统标定的具体实现方法。经试验测试，焊接误差在0.5mm之内，满足焊接精度的要求。清华大学的研究人员对弧焊跟踪系统进行了研究，探讨了不同传感器在焊接系统中的应用，提出一种基于焊缝图像模式特征的焊缝轨迹识别的新算法ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张华，陈强，金建敏，潘际銮</Author><Year>1996</Year><RecNum>495</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[21,22]</style></DisplayText><record><rec-number>495</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">495</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张华，陈强，金建敏，潘际銮</author></authors></contributors><auth-address>清华大学</auth-address><titles><title>基于焊缝CCD图象模式特征的焊缝轨迹识别%J机械工程学报</title></titles><pages>31-36+50</pages><number>06</number><keywords><keyword>模式识别</keyword><keyword>预规划</keyword><keyword>焊缝跟踪</keyword><keyword>机器人弧焊</keyword><keyword>图象处理</keyword></keywords><dates><year>1996</year></dates><isbn>05776686</isbn><call-num>112187TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>秦涛</Author><Year>2012</Year><RecNum>471</RecNum><record><rec-number>471</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">471</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>秦涛</author></authors><tertiary-authors><author>金鑫,</author><author>张轲,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于结构光视觉传感器的焊缝实时跟踪控制</title></titles><keywords><keyword>焊缝跟踪</keyword><keyword>结构光</keyword><keyword>逆运动学</keyword><keyword>焊缝模型</keyword><keyword>Motocom32</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><publisher>上海交通大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[21,22]。此算法将焊缝分成若干段，利用特征向量来表示每段焊缝的灰度分布特点，前一段的特征向量来识别下一段的特征向量，抗噪声能力强，从而实现对焊缝坡口的快速、准确地识别。哈尔滨工业大学测控技术与质量工程研究所对基于测棒成像的单目视觉坐标测量方法进行了研究，并在1998年研制出实验样机ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张之江</Author><Year>1999</Year><RecNum>368</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[23]</style></DisplayText><record><rec-number>368</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619232238">368</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张之江</author><author>车仁生</author><author>黄庆成</author><author>孙玉芹</author></authors></contributors><auth-address>哈尔滨工业大学!哈尔滨150001,哈尔滨工业大学!哈尔滨150001,哈尔滨工业大学!哈尔滨150001,哈尔滨工业大学!哈尔滨150001</auth-address><titles><title>单摄像机测头成像视觉坐标测量系统建模</title><secondary-title>仪器仪表学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>仪器仪表学报</full-title></periodical><pages>59-62+66</pages><number>05</number><keywords><keyword>三维测量</keyword><keyword>视觉坐标测量</keyword><keyword>目标测头</keyword><keyword>线性模型</keyword></keywords><dates><year>1999</year></dates><isbn>0254-3087</isbn><call-num>11-2179/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[23]。2011年，华中科技大学的黄雅婷ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>黄雅婷</Author><Year>2012</Year><RecNum>470</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[24]</style></DisplayText><record><rec-number>470</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">470</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>黄雅婷</author></authors><tertiary-authors><author>王平江,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于微景深的激光焊接拼缝测量方法</title></titles><keywords><keyword>激光焊接</keyword><keyword>对接拼缝</keyword><keyword>视觉测量</keyword><keyword>微景深</keyword><keyword>清晰度</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><publisher>华中科技大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[24]提出了一种基于微景深的测量方法，用于错边量小、间隙窄的对接焊缝，为焊缝跟踪提供了必要的条件。在国外，将视觉传感技术应用在焊缝识别与跟踪的研究开展较早，取得许多重要成果，技术更加成熟。70年代末80年代初，日本Kawasaki公司和美国Unimation公司联合开发了MODEL79A系统ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Masaki</Author><Year>1983</Year><RecNum>503</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[25,26]</style></DisplayText><record><rec-number>503</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">503</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>Masaki,I.</author><author>Dunne,M.J.</author><author>Toda,H.</author></authors></contributors><titles><title>VisionGuidedRobotSystemforArcWelding</title></titles><dates><year>1983</year></dates><publisher>RobotVision</publisher><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>李自泉</Author><Year>1992</Year><RecNum>497</RecNum><record><rec-number>497</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">497</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李自泉</author><author>李耀通%J机器人</author></authors></contributors><titles><title>弧焊机器人视觉系统</title></titles><pages>58-64</pages><number>02</number><dates><year>1992</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25,26]，基于此系统研发的弧焊机器人，采用严格的示教控制方式，在焊接之前，需要对焊接工件进行扫描，对检测到的焊缝特征图像进行分析，建立焊缝的图像模板，然后与标准模板进行对比，计算出焊缝偏差，从而实现对焊缝的跟踪。由于此系统采用示教控制方式，而且需要建立大量的模板，焊缝跟踪的实时性不高。1986年瑞典ASEA公司推出了LaserTrack自动视觉跟踪系统，不同于传统的示教系统，不需要提前扫描焊缝建立焊缝轨迹，可以自动找到焊缝的起点，实时跟踪焊缝，直到焊接任务结束。焊接速度为120mm/min，定位精度小于0.4mm。英国的MetaMachinesLtd公司专注研发激光视觉传感器多年，发布了一种新型激光焊缝跟踪系统SmartLaserProbeADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Shahoud</Author><RecNum>502</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[27,28]</style></DisplayText><record><rec-number>502</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">502</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Shahoud,Y.</author></authors></contributors><titles><title>MetaVisionSystems</title></titles><dates></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Year>2011</Year><RecNum>498</RecNum><record><rec-number>498</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">498</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors></contributors><titles><title>"SmartLaserProbe"forautomatedweldingmachines</title></titles><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[27,28]。该智能型激光跟踪系统使用了百万像素级别的CMOS相机、嵌入式电子元器件和高分辨率显示设备，跟踪精度可达0.1mm，焊接效果十分理想。加拿大SERVO-ROBOTADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Krämer</Author><Year>2014</Year><RecNum>501</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[29]</style></DisplayText><record><rec-number>501</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="swv22eef5dzrw6etr03pvr2nefx9dzvezatt"timestamp="1619239139">501</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>SKrämer</author><author>Fiedler,W.</author><author>Drenker,A.</author><author>Abels,P.</author></authors></contributors><titles><title>Seamtrackingwithtexturebasedimageprocessingforl