弧焊機(jī)器人焊接區(qū)視覺(jué)信息傳感與控制技術(shù)

1、弧焊機(jī)器人焊接區(qū)視覺(jué)信息傳感與控制技術(shù)            鄭相鋒,胡小建(合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽合肥 230009)摘要:基于光學(xué)圖像的視覺(jué)信息具有形式直觀、信息豐富和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在焊接機(jī)器人傳感與控制技術(shù)中越來(lái)越得到了廣大科研工作者與技術(shù)人員的青睞。將分別從焊接過(guò)程控制和質(zhì)量控制這兩方面介紹焊接區(qū)視覺(jué)信息在弧焊機(jī)器人傳感和控制技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。提出了幾點(diǎn)視覺(jué)信息系統(tǒng)的現(xiàn)存問(wèn)題和解決途徑。關(guān)鍵詞：視覺(jué)信息；弧焊機(jī)器人；過(guò)程控制；質(zhì)量控制；傳感與控制前言弧焊機(jī)器

2、人是典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。 在一定程度上可以代替焊接工人的工作，特別是在人類(lèi)難以直接作業(yè)的特殊場(chǎng)合（如水下、空間和核輻射環(huán)境等），發(fā)揮了極其重要的作用。在我國(guó)，弧焊機(jī)器人技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，近年來(lái)融合了國(guó)外的成熟技術(shù)，得到了迅速的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的焊接機(jī)器人已開(kāi)始走向?qū)嵱没A段?；诠鈱W(xué)圖像的視覺(jué)傳感器具有靈敏度和測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、信息量大#抗電場(chǎng)和抗磁場(chǎng)干擾能力、與工件無(wú)接觸等優(yōu)點(diǎn)，在焊接工藝、焊接過(guò)程、質(zhì)量信息檢測(cè)與控制中等得到廣泛的應(yīng)用?；谝曈X(jué)傳感的焊接機(jī)器人借助CCD 攝像機(jī)、紅外攝像儀、高速攝像機(jī)等圖像傳感設(shè)備及智能

3、化的圖像處理方法，使之不僅可以模擬熟練焊工的視覺(jué)感知能力，還可以超越人類(lèi)局限，完成諸如：獲取并處理強(qiáng)弧光及飛濺干擾下的焊縫圖像、實(shí)時(shí)提取焊接熔池特征參數(shù)、預(yù)測(cè)焊縫的組織結(jié)構(gòu)及性能等，確保了焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。機(jī)器人系統(tǒng)包括過(guò)程控制和質(zhì)量控制兩個(gè)方面，根據(jù)過(guò)程控制和質(zhì)量控制視覺(jué)信息傳感特征，弧焊自動(dòng)控制過(guò)程中視覺(jué)信息包括過(guò)程控制視覺(jué)信息與質(zhì)量控制視覺(jué)信息，前者主要包括焊炬及接頭空間位置信息，后者主要指熔池形態(tài)尺寸信息。1 視覺(jué)信息傳感技術(shù)機(jī)器人視覺(jué)信息傳感涉及到# 個(gè)部分的內(nèi)容：視覺(jué)傳感器、光源、視覺(jué)信息處理的硬軟件。在弧焊過(guò)程中，由于存在弧光、電弧、飛濺以及煙霧等多種干擾，使用何種視覺(jué)傳

4、感方法是首要確定的問(wèn)題。在弧焊機(jī)器人中，根據(jù)使用照明光的不同，可以將視覺(jué)方法分為被動(dòng)視覺(jué)和主動(dòng)視覺(jué)兩種。被動(dòng)視覺(jué)是指利用弧光或普通光源和攝像機(jī)組成的系統(tǒng)。 其特點(diǎn)是采用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)濾去大部分弧光，使熔池區(qū)圖像清晰真實(shí)；主動(dòng)視覺(jué)一般指具有特定結(jié)構(gòu)光源與攝像機(jī)組成的視覺(jué)信息傳感系統(tǒng)。其特點(diǎn)是使用適當(dāng)波長(zhǎng)的光源，使之與電弧區(qū)別開(kāi)來(lái)，從而光學(xué)傳感器僅僅接受該波長(zhǎng)的光線(xiàn)，而濾去弧光。1.1 被動(dòng)視覺(jué)傳統(tǒng)被動(dòng)式視覺(jué)圖像傳感所用傳感器的設(shè)計(jì)原理是：根據(jù)光譜圖找到某一波長(zhǎng)范圍，此波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的金屬譜線(xiàn)的光譜強(qiáng)度大于焊接電弧的輻射強(qiáng)度，因而可以利用熔池自身的輻射成像。例如，若取光譜中波長(zhǎng)為( 601±2

5、)mm區(qū)域，通過(guò)選擇高性能的濾光玻璃，傳感器只允許電弧和熔池以及工件表面的反射光中波長(zhǎng)為（601±2） 的光通過(guò)，形成熔池圖像，并以此來(lái)觀測(cè)焊接熔池變化。為了避免焊接過(guò)程中強(qiáng)弧光等對(duì)視覺(jué)傳感的干擾，在采用了合適波長(zhǎng)的濾光片的同時(shí)也研究了如何利用合理的抓圖時(shí)刻來(lái)排除干擾。通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)，總結(jié)了在拍攝TIG 焊圖像的規(guī)律：a.在脈沖電流峰基值階段的圖像品質(zhì)存在較大差異，其原因是脈沖電流峰值期間拍攝圖像時(shí)，因電弧的弧光太強(qiáng)，焊縫信息淹沒(méi)在弧光之中，導(dǎo)致從圖像中獲得焊縫位置信息的困難；而在脈沖電流基值期間進(jìn)行拍攝圖像時(shí)，電弧的弧光較弱，圖像特征相對(duì)比較明顯，包含的信息豐富，便于后續(xù)的圖像處

6、理。b.在脈沖電流基值期間，不同時(shí)刻所拍攝的圖像質(zhì)量也不相同。 這是因?yàn)樽鳛楸粍?dòng)光源的電弧光強(qiáng)在脈沖電流基值期間總是由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱地不斷變化。針對(duì)電弧光強(qiáng)的這一特點(diǎn)，應(yīng)該選擇脈沖電流基值期間的某一個(gè)電弧光強(qiáng)適中的時(shí)刻來(lái)拍攝圖像。c.峰值電流42A峰值時(shí)間50ms，基值電流5A，基值時(shí)間80ms時(shí)，采用中心波長(zhǎng)為860m的濾光片，在峰值電流過(guò)后5ms后，可獲取清晰、穩(wěn)定、特征明顯的實(shí)時(shí)焊縫圖像。 研究發(fā)現(xiàn)co2焊熔池信息檢測(cè)相對(duì)TIG焊要困難的多，不僅要避開(kāi)電弧閃爍、飛濺和煙塵等干擾，而且還要解決好攝像機(jī)的固定工作時(shí)序與短路發(fā)生的隨機(jī)性之間的矛盾。研制成co2短路過(guò)渡焊接熔池圖像檢測(cè)專(zhuān)用傳感

7、器。該傳感器具有獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)，改善了裝備此類(lèi)視覺(jué)傳感系統(tǒng)的焊槍的靈活性和可達(dá)性，且設(shè)計(jì)了短路過(guò)渡發(fā)生的隨機(jī)性與普通CCD 攝像機(jī)固定曝光時(shí)序之間的這一矛盾的熔池圖像檢測(cè)控制電路，成功檢測(cè)到短路過(guò)渡熔池圖像，為從視覺(jué)角度進(jìn)行焊縫跟蹤、過(guò)程監(jiān)控和質(zhì)量控制奠定了基礎(chǔ)。1.2 主動(dòng)視覺(jué)主動(dòng)視覺(jué)一般是基于三角測(cè)量原理的視覺(jué)方法，其光源為單光面和多光面的激光和掃描的激光束。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，分別稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)光法和激光掃描法。由于光源是可控的，所獲得的圖像受環(huán)境的干擾可去掉，真實(shí)性好。 因而圖像底層處理穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好。根據(jù)埋弧焊的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)線(xiàn)陣CCD傳感器在光源性質(zhì)和光路結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，大大提高了傳感器的抗

8、干擾能力。光源采用半導(dǎo)體激光器，光路結(jié)構(gòu)改為線(xiàn)結(jié)構(gòu)光照射焊縫，線(xiàn)陣CCD 在垂直方向接受散射光/"這樣可以有效地克服焊縫坡口信號(hào)對(duì)工件表面狀況的敏感性。改進(jìn)的光路結(jié)構(gòu)如圖1所示。激光經(jīng)柱面透鏡/"在工件表面匯聚成寬度很窄的結(jié)構(gòu)光帶，該光帶在工件表面和坡口內(nèi)部將形成一條空間曲線(xiàn)ABCDE。選擇適當(dāng)?shù)娜肷浣鞘乖诖怪狈较蛏系纳⑸涔庾顝?qiáng)，通過(guò)圓透鏡在線(xiàn)陣CCD的感光帶上成像。當(dāng)圓透鏡的焦距足夠大時(shí)，該光學(xué)系統(tǒng)的景深也相應(yīng)較長(zhǎng)?？烧J(rèn)為像曲線(xiàn)為一平面曲線(xiàn)abcde。這樣，來(lái)自工件表面的光能落在CCD上并使其感光，而坡口處的光帶BC和CD所成的像bc和cd落在CCD的感光部分之外，不能使

9、CCD對(duì)應(yīng)的像素感光，由此可以提取焊縫坡口位置信息。 光路中的濾光片用以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗雜光干擾能力。2 視覺(jué)信息控制技術(shù)焊接圖像獲取的目的是利用其豐富的信息量來(lái)控制弧焊機(jī)器人行走和焊接熔池成形。但是在粗糙表面和強(qiáng)烈弧光等焊接條件下，采集的焊縫圖像受到飛濺、煙塵的干擾，且含有強(qiáng)烈的電磁干擾，導(dǎo)致檢測(cè)器的電子元件引起噪聲。必須采取合適的圖像降噪方法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理以獲取清晰的焊縫圖像?，F(xiàn)行圖像濾波的常規(guī)方法有頻率域和空間域兩種。頻率域方法主要通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行傅氏變換以后，選取適當(dāng)?shù)念l域帶通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波處理。經(jīng)傅氏反變換后獲得去噪聲圖像。這種方法對(duì)周期性特征較強(qiáng)的噪聲較為有效，但在處理過(guò)程中，由于難

10、以區(qū)分與噪聲頻率相近的圖像信息，以至往往造成大量圖像信息的損失?？臻g域方法主要采用各種圖像平滑模板對(duì)圖像進(jìn)行卷積處理，以達(dá)到壓抑或消除噪聲，如鄰域平均、中值濾波等屬于這一類(lèi)方法，該方法在消除或壓抑噪聲的同時(shí)，使圖像變得模糊，損失了圖像中大量的微細(xì)影紋和邊緣特征信息。因此，利用小波變換的時(shí)頻分析的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了既降低圖像噪聲又能保持圖像細(xì)節(jié)的焊接圖像降噪。在文獻(xiàn)67中總結(jié)出：降噪這一步驟對(duì)在試驗(yàn)系統(tǒng)中采集的圖像的最終處理結(jié)果影響不大。試驗(yàn)中也跳過(guò)了這一步。 此外，忽略該步驟對(duì)提高算法的速度，增加系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性也是有益的。 在此從過(guò)程控制和質(zhì)量控制兩方面來(lái)闡述視覺(jué)信息在焊縫跟蹤和熔池控制中的應(yīng)用。2.1

11、 視覺(jué)信息在過(guò)程控制中的應(yīng)用由于焊接過(guò)程是一個(gè)伴隨著強(qiáng)光、強(qiáng)熱的動(dòng)態(tài)過(guò)程，要實(shí)現(xiàn)精確的焊縫自動(dòng)跟蹤是焊接領(lǐng)域一個(gè)重要研究課題。焊縫跟蹤系統(tǒng)一般都由傳感器、信號(hào)處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等3部分構(gòu)成。 其中視覺(jué)傳感器由于可以遠(yuǎn)離強(qiáng)光強(qiáng)熱的熔池!還可以獲得大量的可用信息，因而得到了研究者的青睞。因此，如何在自然光條件下提取焊縫偏差信息，實(shí)現(xiàn)精確的焊縫跟蹤仍是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。2.1.1 焊縫提取焊縫接頭類(lèi)型識(shí)別是焊縫提取中首要解決的問(wèn)題。目前，已開(kāi)發(fā)出基于視覺(jué)傳感的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)大多數(shù)是在焊接前還需要輸入焊縫類(lèi)型。國(guó)內(nèi)外對(duì)焊縫類(lèi)型的自動(dòng)識(shí)別的研究可分為基于句法的識(shí)別方法和基于規(guī)則的識(shí)別方法，但是由于原始焊縫

12、形狀與規(guī)則中的規(guī)定可能出現(xiàn)較大的誤差，因而該方法不但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，而且可靠性欠佳。河北工業(yè)大學(xué)的岳宏教授等在自適應(yīng)共振人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上研制了自動(dòng)識(shí)別焊縫類(lèi)型（焊接坡口）的方法。首先根據(jù)不同類(lèi)型的焊縫對(duì)電弧光和激光光帶的影響，將弧焊焊縫劃分為4種類(lèi)型。在此基礎(chǔ)上，確定焊縫的特征參數(shù)，并組成訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，由此抽取焊縫圖像特征!，制作ART2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器，將4類(lèi)焊縫的權(quán)值保存在其長(zhǎng)期記憶層，在實(shí)際分類(lèi)時(shí)，用CCD攝像機(jī)將檢測(cè)到的焊縫特征參數(shù)輸入，處理后即可得到焊縫類(lèi)型。隨著科技人員的不斷努力，發(fā)明了一種新的簡(jiǎn)單實(shí)用快速的識(shí)別焊縫的方法。由CCD攝像機(jī)得到的圖像用直方圖分析可以得到適當(dāng)閾值，使

13、圖像三值化，然后對(duì)處理后的圖像分析可以看到，如果圖像每行的相鄰像素相減，可發(fā)現(xiàn)通過(guò)焊縫的行至少有4處差值為56（黑點(diǎn)噪聲行也會(huì)出現(xiàn)這種情況），而不通過(guò)焊縫的行大多只有2處差值為56但是多次試驗(yàn)表明含有黑點(diǎn)噪聲的行不會(huì)連續(xù)出現(xiàn)五行。因此，根據(jù)其特點(diǎn)可以通過(guò)程序控制來(lái)搜索到真正的焊縫中心線(xiàn)。    研究人員在小波分析理論和邊沿檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種焊縫位置檢測(cè)的新方法：先將二維圖像信號(hào)通過(guò)求均值轉(zhuǎn)化為一維信號(hào)（減少計(jì)算量），然后利用小波變換的極大值點(diǎn)與極小值點(diǎn)來(lái)分析信號(hào)的邊沿特性，進(jìn)而來(lái)確定焊縫的位置，并通過(guò)仿真得出小波變換的尺度=1時(shí)效果比較好。最后由于在連續(xù)

14、的幾幀焊縫圖像中，焊縫位置之間存在著很強(qiáng)的相關(guān)性，利用這種相關(guān)性可以進(jìn)一步減小噪聲的影響，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性$該方法配合以DSP為核心的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，處理1 cm×12cm、分辨率為400dpi，灰度級(jí)為256的圖像、處理速度可達(dá)28幀每秒以上。 在時(shí)間上可以滿(mǎn)足埋弧焊的實(shí)時(shí)控制。2.1.2焊縫跟蹤近年來(lái)，隨著模糊控制理論和技術(shù)的大力發(fā)展，特別是它有著較為完善的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，模糊控制在焊縫跟蹤中得到了廣泛的應(yīng)用，從而使焊縫跟蹤系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和跟蹤精度得到了很大提高。日本等國(guó)家大量地將模糊控制技術(shù)用于焊縫跟蹤及焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的控制中，并取得了滿(mǎn)意的效果。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華

15、南理工大學(xué)等高校在弧焊過(guò)程的模糊跟蹤及控制方面進(jìn)行了大量的卓有成效的研究工作。但是，由于一般模糊控制器在控制過(guò)程中需要大量的運(yùn)算，影響了焊縫跟蹤的實(shí)時(shí)性。因此，在參數(shù)自調(diào)控制器的基礎(chǔ)上研制了參數(shù)自調(diào)混合型PID模糊控制器，通過(guò)改變權(quán)重系數(shù) 和引入PI控制器，很大程度上消除了運(yùn)動(dòng)偏差過(guò)大或過(guò)小而引起的誤差增加，實(shí)現(xiàn)了模糊規(guī)則離線(xiàn)調(diào)整，如圖2所示。可以完全滿(mǎn)足實(shí)時(shí)跟蹤焊縫的需要。 圖2中d表示焊炬偏離焊縫的距離；r表示距離的變化率； u表示控制量增量。該模糊控制器共有5個(gè)參數(shù)；k1、K2、K3為量化因子，ai為權(quán)重系數(shù),ki為PI控制器的常數(shù),這些參數(shù)對(duì)模糊控制器的性能都會(huì)產(chǎn)生影響,在試

16、驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)來(lái)優(yōu)化控制器的性能.多道焊的視覺(jué)傳感系統(tǒng)能夠隨著工件位置的變化而修正機(jī)器人位置,能夠選擇合理的參數(shù)來(lái)完成接頭焊接.開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)不僅能夠識(shí)別接頭類(lèi)型,尋找到接頭的側(cè)面,而且能夠測(cè)量接頭頂部的寬度和截面積,自動(dòng)選擇各焊道的焊接規(guī)范參數(shù)而無(wú)需記憶跟蹤。在焊接開(kāi)始時(shí),機(jī)器人首先通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)尋找與視覺(jué)模型庫(kù)相匹配的焊接的接頭、隨后測(cè)量接頭的相關(guān)參數(shù)，并計(jì)算出合理的焊炬位置，選用合理的焊接規(guī)范參數(shù)。圖像處理方式的窄間隙焊縫跟蹤系統(tǒng)中，執(zhí)行調(diào)節(jié)誤差、弧光干擾誤差、導(dǎo)前誤差、光學(xué)參數(shù)誤差、初始給定誤差、標(biāo)定參數(shù)誤差等將直接影響到跟蹤精度，應(yīng)從硬件和軟件方面綜合采取措施。對(duì)于不同類(lèi)型的干擾

17、因素，可采取相應(yīng)的硬件和軟件措施來(lái)控制或消除。2.2視覺(jué)信息在質(zhì)量控制中的應(yīng)用焊接質(zhì)量直接決定著產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量。圖3給出了焊縫熔池的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。包括：熔深、熔寬以及余高等。這些焊縫直接參數(shù)是由間接參數(shù)中焊接電流#焊速#焊槍角度和保護(hù)氣體等多種因素決定的。其中熔深是最重要的質(zhì)量參數(shù)，它直接決定了焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此焊接過(guò)程控制的目的就是通過(guò)選擇和控制這些間接參數(shù)而獲得滿(mǎn)意的直接參數(shù)，主要是熔深。R.Kovacevic 等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于視覺(jué)傳感與控制的TIG 全熔透焊焊縫熔合狀態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用CCD攝像機(jī)從焊縫正面獲取熔池圖像,借助圖像信號(hào)處理算法和模糊神經(jīng)模型測(cè)量、預(yù)測(cè)正面及背

18、面的熔寬信息,以達(dá)到控制焊縫合。由于CCD攝像機(jī)難以直接獲取熔池熔深量,通過(guò)建立一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可以精確描述熔池結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型來(lái)估算熔深。即設(shè)計(jì)了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)熔池表面形狀、焊接電流和焊縫間隙量來(lái)估算熔深。其中選焊接電流、焊縫間隙和熔寬的變化量作為描述熔深動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的參數(shù)，并作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，而熔深作為網(wǎng)絡(luò)的輸出。最后試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接電流隨著焊縫間隙量的波動(dòng)而相應(yīng)地變化，當(dāng)焊縫間隙變窄時(shí)，焊接電流增加；相反，當(dāng)焊縫間隙變寬時(shí)，焊接電流則減小。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，熔深基本保持恒定。 利用普通CCD 攝像機(jī)拍攝熔池的正面圖像，提取TIG熔池正面幾何參數(shù)，利用熔池正面幾何參數(shù)與背

19、面熔寬的關(guān)系模型，采用單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器，以背面熔寬的誤差及誤差變化率作為輸入，焊接電流的變化作為輸出進(jìn)行樣本訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了對(duì)背面熔寬的實(shí)時(shí)控制。 在研究GTAW焊縫成形控制中發(fā)現(xiàn)既要控制焊道寬度，又要保證焊道成形良好，只調(diào)節(jié)焊接電流（脈沖占空比）是難以達(dá)到目的的，必須在控制焊接電流的同時(shí)進(jìn)行焊接速度的調(diào)節(jié)。因此在原先單變量（焊接電流單入單出控制）模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器FNNC的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)調(diào)節(jié)焊接速度的專(zhuān)家控制系統(tǒng)控制器，組成了脈沖GTAW對(duì)接過(guò)程模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合的脈沖GTAW對(duì)接過(guò)程焊縫成形雙變量智能控制系統(tǒng)。3 現(xiàn)存問(wèn)題與解決途徑焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，它突破了

20、焊接剛性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開(kāi)拓了一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式。目前，國(guó)內(nèi)外已有大量的焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用與各類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，但是隨著人們對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，仍需解決以下幾個(gè)應(yīng)用性難題。3.1 視覺(jué)信息系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性熔池區(qū)視覺(jué)信息圖像提取與焊縫跟蹤、機(jī)器人路徑規(guī)劃和姿態(tài)控制等都要求計(jì)算機(jī)視覺(jué)傳感與控制具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性和很高的控制精確性。但是常用的光學(xué)傳感器的信息處理速度不超過(guò)10-20Hz，有時(shí)很難滿(mǎn)足焊接過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求，并且大量引進(jìn)以模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的人工智能技術(shù)也必將增加計(jì)算機(jī)處理時(shí)間，影響焊接過(guò)程的實(shí)時(shí)性控制，因此不得不以精度換速度，以犧牲控制精度來(lái)加快響應(yīng)速度，為此解決視覺(jué)傳感系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與精確性的矛盾是現(xiàn)在急需解決的問(wèn)題。3.2視覺(jué)信息系統(tǒng)處理的智能性在實(shí)際焊接過(guò)程中，作業(yè)條件復(fù)雜多變，如加工和裝配上的誤差會(huì)造成焊縫位置和尺寸的變化，焊接過(guò)程中工件受熱及散熱條件改變會(huì)造成焊道變形和熔透不均。這些問(wèn)題的解決需要增加新型的高精度傳感器和高性能控制器。當(dāng)然這也意味著焊接機(jī)器人成本價(jià)格的增加，因此如何調(diào)整這兩者之間的關(guān)系，在提高弧焊機(jī)器人性能的同時(shí)，如何降低其成本也是科研工作者的注意的地方。3.3視覺(jué)信息系統(tǒng)傳感的完整性綜上可知，當(dāng)前有關(guān)弧焊機(jī)器人研究也存在著以下問(wèn)題：a.大多數(shù)焊縫跟蹤和熔池成形的研究是孤立的,但是實(shí)際情況是它們之