外文翻譯--管道焊接機(jī)器人的可視焊縫追蹤系統(tǒng)（中文）

1、中文 中文 4370 字管道焊接機(jī)器人的可視焊縫追蹤系統(tǒng) 管道焊接機(jī)器人的可視焊縫追蹤系統(tǒng)袁立,德旭，嚴(yán)志國(guó)，和閔譚1. 綜合系統(tǒng)和智能科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)化協(xié)會(huì)，中國(guó)科學(xué)院2. 北京中國(guó)科學(xué)院研究生學(xué)院，100080P.R.中國(guó)（徐德，李園，譚）@compsys.ia.ac.cn/Zhgyan04@mails.gucas,ac,cn摘要： 摘要：人們提出了一種以產(chǎn)生可視光線為基礎(chǔ)的焊縫追蹤系統(tǒng)，這種系統(tǒng)被應(yīng)用于管道焊接機(jī)器人中。首先，

2、在對(duì)焊接表面激光反射和照相機(jī)的位置，激光所在的平面以及焊接后激光條紋圖像的效果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了視覺(jué)傳感器。為了防止在焊縫圖像中出現(xiàn)嚴(yán)重的反射擾亂，人們開(kāi)發(fā)了圖像處理和特征抽取的運(yùn)算法則。為了對(duì)管道焊接進(jìn)行焊縫追蹤，人們采取了一種圖像視覺(jué)控制系統(tǒng)。人們通過(guò)控制管道焊接機(jī)器人的焊縫追蹤實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)這個(gè)系統(tǒng)的性能。1 引言 引言在涉及機(jī)器人焊接的相關(guān)問(wèn)題中，焊縫追蹤是其中的一個(gè)重要的問(wèn)題，它也是進(jìn)行高質(zhì)量的自動(dòng)化焊接的基礎(chǔ)。工業(yè)上的焊

3、接機(jī)器人大部分用于教學(xué)，并且機(jī)器人重復(fù)這個(gè)路徑以滿足焊接中光束的位置要求。在焊接機(jī)器人的這種工作模式中存在一些問(wèn)題，例如焊接位置的不精確性，由熱量擴(kuò)散而導(dǎo)致焊接處的變形與扭曲。這些問(wèn)題導(dǎo)致光束偏離其理論上的焊接路徑，所以在焊接的過(guò)程中控制光束的焊縫軌跡是必要的[1]。其次，管道焊接機(jī)器人不能預(yù)先對(duì)焊縫進(jìn)行定義，因?yàn)楫?dāng)管道改變方向時(shí)，焊縫可能偏離管道內(nèi)部的位置。焊縫的軌跡可以隨著軸線方向上管子的移動(dòng)而改變。在這種情況下，這種模式就不適合進(jìn)

4、行管道的焊接，并且焊接機(jī)器人需要修正光束和即時(shí)焊接時(shí)焊縫之間偏移。為了避免在移動(dòng)管道時(shí)出現(xiàn)焊縫的偏離，Prestion-Eastin Inc.提出了一種程序來(lái)控制軸線方向上管子的移動(dòng)[2]。Ref[3]參與討論了當(dāng)管道方向改變時(shí)管子在軸線方向上移動(dòng)的原理。解決問(wèn)題的辦法是用三自由度多機(jī)械手來(lái)升降管子，調(diào)整管子的位置，并擺正管子的方向。這兩種方法僅和管子的移動(dòng)有關(guān)。事實(shí)上，當(dāng)管子改變方向時(shí)，焊縫將偏離其原來(lái)的位置。然后，在進(jìn)行高質(zhì)量的焊接

5、時(shí)就需要焊縫追蹤系統(tǒng)。T.-J. Tarn et al. (Eds.):機(jī)器人.焊接.，智能和自動(dòng)化，LNCIS 362，pp.391-399，2007Springerlink.com Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007Id 是散射光線的強(qiáng)度；Is1 是在光滑表面上理想的鏡面反射光線的強(qiáng)度，并且反射方向服從反射定律；Is2 是在實(shí)際表面上鏡面反射光線的強(qiáng)度。事實(shí)上，反射表面是由

6、許多微小的鏡面組成的。所以反射方向和強(qiáng)度服從 Gaussian 分布。rd，ks1 和 ks2 是反射率系數(shù)；θ是表面系數(shù)；r 是距離；d是孔的直徑；f 是焦點(diǎn)；θc 是照相機(jī)的觀察角度；Φc 是光發(fā)生散射時(shí)的比率的角度。在上述所有反射中，當(dāng)視覺(jué)傳感器中有合適的信號(hào)時(shí)，散射可以清晰的反映出激光條紋的圖像；平面反射通常反映出整個(gè)圖像，并且會(huì)引起圖像中條紋所在區(qū)域的發(fā)光。所以應(yīng)對(duì)視覺(jué)傳感器進(jìn)行定位以避免平面反射，并清晰的呈現(xiàn)出激光條紋的圖像

7、。在公式（1）中，可以在一個(gè)很大的角度范圍內(nèi)接收到散射；而平面反射僅能在一個(gè)很小的范圍內(nèi)被接收到，并且接收方向服從反射定律。所以，為了使圖像清晰，照相機(jī)應(yīng)避免出現(xiàn)在反射平面的方向上。2.2 三角形測(cè)量原理 三角形測(cè)量原理 以光線為基礎(chǔ)的視覺(jué)傳感器三角形測(cè)量原理如圖 2 所示。L 是激光所在的平面，L’是平面反射光線所在的平面；C 是照相機(jī)的視覺(jué)軸線。α角是照相機(jī)的視覺(jué)軸線和焊接表面之間的夾角；θ是照相機(jī)的視覺(jué)平面與激光所在平面之間的夾角

8、。在圖像坐標(biāo)系中槽 d’的深度和寬度可以如下計(jì)算得到：(2) ? ? ? ??? ? sinsin d d kd ’在公式（2）中，d 是焊槽的寬度；kd 圖像坐標(biāo)系的比例系數(shù)。d’越大，條紋槽的特征越明顯，用角度α和θ來(lái)清晰的表現(xiàn)條紋圖像。根據(jù)以上的討論和分析，在設(shè)計(jì)視覺(jué)傳感器時(shí)可以得出以下一些結(jié)論：1.應(yīng)該避免使照相機(jī)的視覺(jué)軸線（C）出現(xiàn)在反射平面的方向上，這樣可以減少由于光線的集中對(duì)激光條紋圖像造成的干 擾。2. 根據(jù)公式（2）