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摘要：本文提出了一种基于双目视觉测量耳朵方法有效的解决大型工件在焊接技术中存在安全系数低，焊接精度低，劳动强度大等缺点。建立了标定点圆心坐标系，通过计算机对焊接位置坐标以及偏差位置进行计算，从而能够准确的缺点焊接位置，有效的提高了焊接的安全性和精度。
1. 引言
大型工件的体积大、质量大、加工难度大、安全系数低，对加工人员的人身安全有很大的威胁性。传统的焊接方式是提高齿轮工件的齿端强度，并且降低材料损耗的成本。首先把大型的工件放置在能够自由转动的夹具上，然后利用人工转动的方法转动到焊接的位置。这种方式的劳动强度很大，并且存在很大的危险。为提高传统大型工件的焊接精度，采用焊接机器人是焊接工艺发展的趋势，能够代替人工高效率的完成焊接工作，降低焊接成本[1]。
本文采用视觉机器人来完成大型工件的焊接工作，视觉机器人能够对周围的事物进行观察，并且能够根据环境的变换适当的调整焊接的操作，能够提高焊接技术的自动化程度。焊接视觉机器人，前端的视觉系统由CCD探测器完成，能够对图像进行采集，将模拟信号转换为数字图像信号，并通过图像采集装置将信息传送到计算机中，计算机处理后传送给视觉机器人的执行机构，极性机构通过工件的位置和形变信息，改变焊接执行的运动轨迹，完成焊接工作。
为了使机器人能够快速准确的找到焊接的位置，需要进行视觉测量，即对焊接位置进行三维坐标的测量。在实际的加工中由于当前工件的安装位置和初次安装存在一定的偏差，机器人无法被其探测器观测到，因此无法完成预定的工作。因此需要利用双目视觉系统完成焊接点的三维测量，准确的完成焊接工作，提高焊接精度[2]。
2. 标定点圆心坐标提取
2.1 图像获取与处理方法
标定点为方形圆孔形状，有利于边缘提取后的拟合，拟合成两个椭圆，椭圆的圆心重合，才能够准确的进行圆心点的确定。首先通过视觉机器人的CCD探测器采集焊接标定点的彩色图像，然后利用Opencv函数对彩色图像进行预处理，转换为灰度图像[3]。
2.2 焊接标定点圆心提取
利用边缘检测方法对圆心进行提取，利用计算机处理器中的Opencv函数里面的轮廓查找的命令对圆心信息进行有效地提取。Opencv函数使用二叉树对轮廓进行表示，所以当给定二叉树后，就能够对准确的对轮廓进行恢复。
3. 焊接位置测量
大型工件的体积大，为了避免危险的发生，将工件水平放置在双目相机的后面。利用坐标变换，通过观察点坐标计算看不到加工部位点的坐标。除此之外，由于大型工件加工需要使用步进电机转动工作台，转动摩擦可能导致位置偏差，如产生的偏差在机器人操作允许的误差范围内，则不影响焊接工作，如偏差大于允许误差，那么就要重新对位置进行计算。
在對工件进行加工之前，把之前的标定点放置在工件上，并且保证双目视觉系统能够观测到，一般放置在工件的齿端面上。然后安装好双目视觉系统，对系统进行标定，并将标定的结果保存在计算机的指定目录文件下。然后利用上述的Opencv函数记录空间中的标定点的圆心坐标值。通过测得的标定点圆心坐标计算加工位置的起止点坐标，具体步骤如下所述：
1） 将大型工件水平的放置在工作转台上，标定点为圆孔形状；
2） 将标志点放置在工件齿端面的右上角；
3） 将世界坐标系固定在CCD探测器的中心，使用双目视觉系统读取标志点的坐标，用A（X，Y，Z）表示；
4） 焊接点起始距离R和深度h，以及焊接点锯齿端面距离d已知，在坐标系O-xyz中，A的坐标表示为A（x，y，z），能过通过图纸信息得到；
5） 利用上述已知条件，和几何关系能够将标定点的坐标转换为焊接位置的起始点坐标；
6） 世界坐标系O-XYZ，利用坐标变换关系，得到了焊接起始点坐标B （x，y，z），焊接的终端坐标D （x，y，z）；
7） 把焊接的起始点坐标B （x，y，z），D （x，y，z）输入到双目视觉机器人的控制系统中，通过坐标定位，确定焊接轨迹，最终准确的完成焊接工作。
4. 焊接精度分析
影响双目视觉焊接测量精度的因素有很多，包括：设备条件，光照条件，系统的集合结构等。其中对系统测量精度和几何参数之间的变换关系研究很少，通过理论分析和试验验证，得到了双目视觉系统最优的结构参数的取值范围。
1） 系统的基线夹角和光轴之间的夹角范围在30°-50°之间；
2） 基线距离B对焊接的精度影响较大，并且具有非线性特征；
3） CCD探测器的探测精度受到焦距的影响，实际情况为，焦距越大，其视场范围就越小，和理论值相反。
为了进一步提高系统焊接的精度，在测量的过程中要注意以上三个方面。在测量前，要对上述参数进行优化，在保证安全性的前提下，以最优状态进行焊接操作，提高焊接精度。
5. 结语
随着自动化技术和智能化焊机技术的不断发展，智能焊接机器人在焊接领域中的应用越来越光。视觉系统焊接机器人在大型工件中的应用时发展的必然方向。本文采用双目视觉系统完成对大型工件的焊接工艺，通过标志点圆心坐标的确定，利用坐标转换和几何关系。求解出焊接起始点的准确坐标，确定焊接轨迹，能够准确的完成焊接工作，提高焊接的精度。较传统的焊接工艺，大大的提高了焊接的效率，精度和安全系数，降低了劳动强度，因此具有一定的应用价值。
参考文献
[1] 施岚.焊接机器人调查[J].现代制造.2003（12）
[2] Ruediger Kroh.焊接机器人[J].现代制造.2004（28）
[3] 沈鸿源，林涛，陈善本，李来平，杨学勤.运载火箭燃料贮箱的机器人焊接技术研究[J].航天制造技术.2007（04）
1. 引言
大型工件的体积大、质量大、加工难度大、安全系数低，对加工人员的人身安全有很大的威胁性。传统的焊接方式是提高齿轮工件的齿端强度，并且降低材料损耗的成本。首先把大型的工件放置在能够自由转动的夹具上，然后利用人工转动的方法转动到焊接的位置。这种方式的劳动强度很大，并且存在很大的危险。为提高传统大型工件的焊接精度，采用焊接机器人是焊接工艺发展的趋势，能够代替人工高效率的完成焊接工作，降低焊接成本[1]。
本文采用视觉机器人来完成大型工件的焊接工作，视觉机器人能够对周围的事物进行观察，并且能够根据环境的变换适当的调整焊接的操作，能够提高焊接技术的自动化程度。焊接视觉机器人，前端的视觉系统由CCD探测器完成，能够对图像进行采集，将模拟信号转换为数字图像信号，并通过图像采集装置将信息传送到计算机中，计算机处理后传送给视觉机器人的执行机构，极性机构通过工件的位置和形变信息，改变焊接执行的运动轨迹，完成焊接工作。
为了使机器人能够快速准确的找到焊接的位置，需要进行视觉测量，即对焊接位置进行三维坐标的测量。在实际的加工中由于当前工件的安装位置和初次安装存在一定的偏差，机器人无法被其探测器观测到，因此无法完成预定的工作。因此需要利用双目视觉系统完成焊接点的三维测量，准确的完成焊接工作，提高焊接精度[2]。
2. 标定点圆心坐标提取
2.1 图像获取与处理方法
标定点为方形圆孔形状，有利于边缘提取后的拟合，拟合成两个椭圆，椭圆的圆心重合，才能够准确的进行圆心点的确定。首先通过视觉机器人的CCD探测器采集焊接标定点的彩色图像，然后利用Opencv函数对彩色图像进行预处理，转换为灰度图像[3]。
2.2 焊接标定点圆心提取
利用边缘检测方法对圆心进行提取，利用计算机处理器中的Opencv函数里面的轮廓查找的命令对圆心信息进行有效地提取。Opencv函数使用二叉树对轮廓进行表示，所以当给定二叉树后，就能够对准确的对轮廓进行恢复。
3. 焊接位置测量
大型工件的体积大，为了避免危险的发生，将工件水平放置在双目相机的后面。利用坐标变换，通过观察点坐标计算看不到加工部位点的坐标。除此之外，由于大型工件加工需要使用步进电机转动工作台，转动摩擦可能导致位置偏差，如产生的偏差在机器人操作允许的误差范围内，则不影响焊接工作，如偏差大于允许误差，那么就要重新对位置进行计算。
在對工件进行加工之前，把之前的标定点放置在工件上，并且保证双目视觉系统能够观测到，一般放置在工件的齿端面上。然后安装好双目视觉系统，对系统进行标定，并将标定的结果保存在计算机的指定目录文件下。然后利用上述的Opencv函数记录空间中的标定点的圆心坐标值。通过测得的标定点圆心坐标计算加工位置的起止点坐标，具体步骤如下所述：
1） 将大型工件水平的放置在工作转台上，标定点为圆孔形状；
2） 将标志点放置在工件齿端面的右上角；
3） 将世界坐标系固定在CCD探测器的中心，使用双目视觉系统读取标志点的坐标，用A（X，Y，Z）表示；
4） 焊接点起始距离R和深度h，以及焊接点锯齿端面距离d已知，在坐标系O-xyz中，A的坐标表示为A（x，y，z），能过通过图纸信息得到；
5） 利用上述已知条件，和几何关系能够将标定点的坐标转换为焊接位置的起始点坐标；
6） 世界坐标系O-XYZ，利用坐标变换关系，得到了焊接起始点坐标B （x，y，z），焊接的终端坐标D （x，y，z）；
7） 把焊接的起始点坐标B （x，y，z），D （x，y，z）输入到双目视觉机器人的控制系统中，通过坐标定位，确定焊接轨迹，最终准确的完成焊接工作。
4. 焊接精度分析
影响双目视觉焊接测量精度的因素有很多，包括：设备条件，光照条件，系统的集合结构等。其中对系统测量精度和几何参数之间的变换关系研究很少，通过理论分析和试验验证，得到了双目视觉系统最优的结构参数的取值范围。
1） 系统的基线夹角和光轴之间的夹角范围在30°-50°之间；
2） 基线距离B对焊接的精度影响较大，并且具有非线性特征；
3） CCD探测器的探测精度受到焦距的影响，实际情况为，焦距越大，其视场范围就越小，和理论值相反。
为了进一步提高系统焊接的精度，在测量的过程中要注意以上三个方面。在测量前，要对上述参数进行优化，在保证安全性的前提下，以最优状态进行焊接操作，提高焊接精度。
5. 结语
随着自动化技术和智能化焊机技术的不断发展，智能焊接机器人在焊接领域中的应用越来越光。视觉系统焊接机器人在大型工件中的应用时发展的必然方向。本文采用双目视觉系统完成对大型工件的焊接工艺，通过标志点圆心坐标的确定，利用坐标转换和几何关系。求解出焊接起始点的准确坐标，确定焊接轨迹，能够准确的完成焊接工作，提高焊接的精度。较传统的焊接工艺，大大的提高了焊接的效率，精度和安全系数，降低了劳动强度，因此具有一定的应用价值。
参考文献
[1] 施岚.焊接机器人调查[J].现代制造.2003（12）
[2] Ruediger Kroh.焊接机器人[J].现代制造.2004（28）
[3] 沈鸿源，林涛，陈善本，李来平，杨学勤.运载火箭燃料贮箱的机器人焊接技术研究[J].航天制造技术.2007（04）