工業機器人視覺技術應用

工業機器人視覺系統在建筑行業相關部件生產中，可應用板料的加工、板料上下料、工件的組立、焊縫跟蹤、焊縫品質的檢測、工件表面處理、噴漆工件位置識別、噴漆質量的檢測等許多工序。

建筑工業化應用

1.基于建筑機器人的工業機器人視覺系統

應用場合：

（1）建筑工業化工廠   

焊接機器人：板料加工、 板料上下料、 工件組立、焊縫跟蹤、焊縫品質檢測

噴漆機器人：焊接件表面處理、噴漆工件位置識別、噴漆質量檢測

(2) 建筑現場施工     

抹墻機器人：抹墻位置識別、施工質量檢查

地面鋪裝機器人：地磚位置檢測

建筑機器人大量的現場應用需要對于加工或者施工對象做精確定位，然而現有的工業機器人僅能在嚴格定義的結構化環境中執行預定指令動作，缺乏對環境的感知與應變能力，這極大地限制了機器人的應用。

工業機器人視覺技術的大大提高了機器人的實際工作效率，減少甚至取消了了對于機器人運動軌跡進行示教或者離線編程的環節，從而節約了大量的編程時間，提高了生產效率和生產質量。

2.工業機器人視覺技術的現實應用：

在現有建筑機器人焊接領域有兩個剛需的機器人視覺的應用

（1）現有的建筑機器人焊接需要人工通過編程和示教來保證機器人焊接的軌跡。構件多品種，小批量，每次產品更換都需要更改夾具，重新示教，通過多次編程才能確定最終的編程方案，嚴重影響生產效率。

（2）焊接過程中，由于工件尺寸公差大，工裝本身尺寸誤差，或者焊接熱應力導致的變形，會導致實際焊縫軌跡與編程軌跡存在差異，而焊接機器人無法識別并修正該差異，從而導致焊接品質出現差異。

建筑機器人智能焊接系統由以下三個子系統構成

1.初始焊接位置識別與引導字系統

該系統通過視覺傳感器，在工作空間內拍攝焊件的圖像，通過圖像處理和立體匹配，提取焊縫的初始點在三維空間內的坐標，把這個結果傳送給中央控制計算機，由服務器控制機器人的焊槍自動運動到初始焊位準備焊接。

2D攝像頭主要用于快速識別焊縫的起點和終點

基于2D視覺技術，工作人員可以通過圖形化界面快速獲取韓粉起始點和終點的X/Y軸坐標

通過深度學習等算法，系統能自行識別并高亮現實焊縫，供操作人員選取。

自動尋跡使用前置設定的焊縫起點等信息，啟動焊縫尋跡/跟蹤兩用攝像頭，通過算法控制，引導機械手攜帶焊槍來到可以準確開始焊接過程的起伏點。接下來，系統綜合運用神經網絡預測，高效濾波，噪聲剔除和型態自適應控制等算法，由機器人異步自尋找并確定待焊縫的空間信息，并根據已設定在程序內的經驗參數給出最佳焊接角度及機器人焊槍運動軌跡。自動尋跡過程（無需人工干預）完成，機器人自行生成了傳統需要人工示教才能獲得的空間焊縫軌跡。

2.基于視覺傳感的焊縫跟蹤子系統

接著上一步的工作，取待焊工件焊縫位置，形狀與方向的圖像信息，然后經過特定設計的圖像處理的算法提取焊縫形狀與方向特征，并根據焊縫位置確定焊槍的下一步接近或糾偏運動方向和位移量，再行啟動焊縫跟蹤計算程序，通過中央控制機和機器人控制驅動機器人本體移動焊槍端點跟蹤焊縫走向和位置糾偏。通過這種方式可以實時調整焊接路徑，保證焊接質量。

3.基于視覺傳感的焊縫熔透實時控制子系統

利用安裝于機器人焊槍行走方向的后部的攝像頭，在焊接弧光照射下獲取機器人運動后方向的半部熔池變化圖像。經過算法提取熔池形狀特征如：寬度，半長，面積，形狀特征信息等。在根據這些信息，通過中央控制機結合相應的工藝參數和預先建立的焊接熔池動態過程模型預測熔深，熔透，熔寬和余高等焊接質量參數。調用合適的控制策略給出適當的焊接參數調整以及機器人的運動速度，姿態，送絲機速度的調節變化，通過焊接電源和機器人本體等機構執行，實現對焊接熔池動態特征的實時監測，熔透與焊縫成形質量的智能控制。

綜上所述，基于視覺技術開發的“建筑機器人智能焊接系統”，利用大量的計算機視覺圖像及人工智能技術。通過對焊接坡口特征的提取和分析，以及在焊縫在三維位置空間和時間空間這四個維度的變化情況，結合不同的焊接工藝，自動規劃焊接過程中焊機及機器人的實時位姿及運動軌跡。完全可以取代工程師示教編程或離線編程的工作。在實際使用中將會發揮巨大的經濟效益。

隨著建筑行業數字化水品的提高，我們相信機器視覺在機器人定位，識別，檢測等領域都會有更廣泛的應用。不久的將來不僅在建筑鋼結構生產上，在施工現場等復雜環境下視覺技術都將會有起到越來越重要的作用。