应用于焊接机器人的莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统.pdf

焊接机器人技术在自动化制造领域占据着非常重要的地位，尤其是在制造业和重工业中，焊接工作是不可或缺的一环。为了提高焊接质量与效率，焊接机器人的焊缝检测技术也在不断发展。莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统的提出，正是这一背景下的一项创新成果。 莫尔投影是一种利用光学原理进行高精度检测的光学测量技术，通过干涉和衍射现象产生莫尔条纹，进而分析物体的三维轮廓。莫尔投影技术的高精度特性使其适用于质量控制、机器视觉、医学诊断以及现代制造系统等多个领域，它具备了很强的实用性。 焊接机器人对焊缝传感器的实时性要求很高，因为焊缝是不规则的，焊接过程中的热变形可能会改变焊缝的形状和尺寸。传统的测量方法，例如一条线结构光的简化测量方法，通常只能获得焊缝的二维平面轮廓，这并不能满足实际焊接生产的需要。因此，提出了莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统，旨在提高焊缝测量的精度和速度。 该测量系统采用了高速实时图像处理电路，其硬件组成包括高速转换器、存储器以及输出接口等。这些组件共同工作，能够处理大量实时图像数据，并通过并行算法进行实时处理，从而达到对三维焊缝轮廓进行实时测量的目的。系统利用现场可编程门阵列（FPGA）技术，这是种能够满足实时图像处理对速度和并行处理能力高要求的技术。 FPGA技术有高采样率、高带宽的特点，能够通过硬件方式实现底层信号的快速处理，这对于处理大量数据、高复杂度的信号分析具有极大的优势。由于实时图像处理系统中底层信号数据量大且对处理速度要求高，但结构相对简单，适合采用FPGA来实现。而高层处理算法的特点是处理的数据量相对较少，但算法、计算公式和控制结构复杂，FPGA同样能够满足这些要求。 在过去，数据采集方案往往采用计算机或数字信号处理器（DSP）配合其他外围电路，然而由于计算机本身指令周期和处理速度的限制，使得高速变换的实时处理变得困难。新型的传感器往往集成高采样率和高带宽的转换器，转换速率可达每秒数万兆次，与并行处理相结合能够显著提高采样频率和处理能力。 文章指出，现有的焊缝跟踪传感器几乎都是采用一条线结构光的简化测量方法，例如由美国、英国、瑞典、加拿大等公司开发的激光焊缝跟踪系统。这些系统只能获取焊缝的二维平面轮廓图像，而三维焊缝轮廓实时测量系统正是为了突破这一局限而设计。 在实际焊接过程中，焊接机器人需要快速、准确地获得焊缝的位置和形状信息，以便进行精确的焊接路径控制。莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统的应用，可以在焊接过程中实时调整焊接路径，自动纠正焊缝偏差，从而保证焊缝质量，提高生产效率，并减少材料浪费和人力成本。 此外，文章中提到了关于莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统的研究人员，包括黄民双博士及其团队。他们的研究工作主要集中在光纤传感与智能结构、精密仪器及机械、大地测量仪器等领域。基于此背景，他们成功地提出了莫尔投影三维焊缝轮廓实时测量系统，为焊接机器人的焊缝检测技术提供了新的解决方案。 系统的成功设计和应用，不仅能够提高焊缝检测的精度和速度，还能进一步推动焊接机器人技术的发展，为智能制造领域带来更多的创新和可能性。