余卓尔1,2，邓朝晖1,2，葛吉民1,2，刘〓伟1,2，李重阳1,2
(1.湖南科技大学难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室，湖南 湘潭〓411201)
（2.湖南科技大学智能制造研究院，湖南 湘潭〓411201)
摘要：焊缝跟踪系统是实现机器人焊缝自动化磨抛的保障，焊缝跟踪的精度直接影响焊缝磨抛的质量。介绍了用于机器人焊缝跟踪系统中的摄像机标定技术、图像处理技术和结构光中心线提取技术的国内外研究现状，详细分析了其原理和特点以及各方法的优缺点，阐述了焊缝跟踪系统在机器人焊缝自动化磨抛中的应用。最后展望了焊缝跟踪技术未来的发展趋势。
关键词：焊缝跟踪系统；机器人；焊缝磨抛；相机标定；图像处理；中心线提取
中图分类号：TN305.1〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2021)09-0007-05

作为现代工业中不可或缺的加工工艺，焊接在军事、船舶、航空航天等领域发挥着不可代替的作用。焊件在局部受热后迅速冷却，由于热胀冷缩，只有焊缝区域会产生热变形，而在本体的约束下焊缝区域不能自由地膨胀、收缩，因此焊缝区域会产生焊接应力［1］，极大地降低了工件的连接强度和疲劳强度。为减小焊接应力，延长工件的使用寿命，一般需要对焊缝进行磨抛，一来消除焊接应力，二来使焊缝表面光滑［2-5］。
目前，大部分焊缝磨抛主要依靠人工完成，具有灵活性高、不伤及母材等优点。然而人工磨抛也存在较大弊端，一方面，焊缝磨抛的工作环境恶劣，常常伴随着强烈的弧光以及磨抛粉尘，对工人的身体健康造成了较大的损害；另一方面，工人因长时间工作而疲劳，导致工作效率降低，磨抛后焊缝质量得不到保证。机器人焊缝磨抛可以很好地克服以上人工磨抛焊缝的不足，不仅提高了工作效率，还能得到一致性高的焊缝表面。机器人焊缝磨抛的优点是可以不间断地工作，重复〖HJ〗性高，能够保证大批量产品的质量稳定性。如果在机器人中引入焊缝自动跟踪系统，就可以省去示教或编程过程，降低设备的使用难度，进一步提高生产效率和磨抛质量。

本文详细介绍了机器人焊缝磨抛的关键技术，分析了各种关键技术的实现过程，总结了各种关键技术的应用情况，最后展望了焊缝跟踪技术未来的发展趋势。

1〓摄像机的标定
目前，摄像机标定方法主要有传统摄像机标定、基于主动视觉的标定和自标定等方法［6］。

1.1〓传统摄像机标定法Abdel-Aziz等7］提出了直接线性变换方法，通过求解线性方程组求出摄像机模型的参数，并引入非线性畸变因素，快速简便地完成摄像机的标定；Tsai［8］首先利用最小二乘法求解超定线性方程，求出摄像机外部参数，然后再对摄像机内部参数进行求解；Zhang［9提出了张正友标定法，该方法控制摄像机观察至少两个不同方向上的平面图案，利用基于极大似然准则的非线性优化求得摄像机参数；Li等［10］提出了一种基于多视图模板的高精度摄像机标定方法，利用现有的摄像机标定算法对摄像机模型的径向畸变和切向畸变进行初始化，实现较高精度的摄像机标定，该方法比张正友标定法有更高的鲁棒性；张奎等［11］提出了一种基于同心圆环点模板的双目摄像机标定方法，利用摄影几何内秉的约束条件和左右图像的视差完成对摄像机的标定，省去了图像匹配与图像畸变校正的过程；Feng等［12］在张正友标定方法的基础上采用透明玻璃代替普通标定板，将摄像机放置在标定板正反两侧，如图1所示，该方法通过一次实验可以标定多台摄像机，但由于引入玻璃深度和折射率等参数，使得计算量增大。
作者简介：余卓尔（1995—），男，硕士研究生,主要研究方向为机器人视觉技术