随着当今智能制造技术的发展,机器人自动化焊接在工业界是未来科技发展的必然趋势。视觉传感技术在实现机器人智能化焊接的过程中扮演着不可或缺的角色,尤其是在焊前的焊件初始焊位导引及焊缝边缘特征识别、焊中的实时焊缝轨迹纠偏、熔池监控等方面。目前,大部分焊接机器人仍然是“示教-再现”型的,在开始进行焊接任务之前,需要对工件进行准确地示教,需要耗费大量的时间,尤其是对复杂焊缝,其编程效率低下,适应性较差。在焊接前,控制机器人执行器末端即焊丝尖端自动移动到初始焊位,并完成焊缝识别、路径规划等工作是实现机器人智能化焊接的关键步骤。本文搭建了一套兼具视觉传感和激光测量的机器人焊接系统,包括硬件系统和软件系统两大部分。其中,硬件系统主要包括FANUC弧焊机器人模块、自主研发的激光单目视觉传感模块和通讯模块;软件系统主要基于C++开发完成,包括线结构光参数标定、初始焊接位置识别及三维重构、焊缝识别等三部分。基于视觉传感的初始焊接位置导引及焊缝识别的精度主要由系统标定、特征点提取以及立体视觉匹配等因素决定。本文基于MATLAB标定工具箱,采用定制的圆点形阵列标定靶,一次性完成摄像机内部成像参数以及手眼关系转化矩阵的标定。同时,本文采用平面矩形标靶,基于交比不变原理和P3P三点透视模型,先后计算了线式激光结构光所在平面的法向向量和CCD摄像机光心到光平面的距离信息,并通过C++给予实现。本文以平板对接直线型焊缝为例,基于被动视觉传感的方式获取初始焊接位置点的图像坐标。提出一套基于“先粗后细”两步法及自适应动态变区域模板匹配的方法来识别焊缝中心线,并针对焊件初始焊位附近局部区域设计了一套图像处理及特征点识别的算法来获得焊件起始焊位的图像坐标,可达到亚像素级别。通过一目双位的形式建立被动视觉立体视觉模型,并采用外极线约束及图像特征约束进行特征点匹配。结合手眼标定的结果及机器人位姿参数信息计算目标点在工具坐标系下的真实坐标值。将获取的三维坐标发送给FANUC机器人控制器,在机器人端编写程序控制机器人末端点移动到初始焊接位置点,完成机器人的自主导引工作。本文在摄像机处于不同高度条件下进行了共计10组的初始焊接位置导引实验,焊丝尖端距工件表面的高度范围为15mm~60mm,与之对应的摄像机光心到工件表面距离范围为160mm~180mm。实验结果表明,总体导引精度在±1mm之内,其中e((3)≤0.3mm,e((4)≤0.5mm,e((5)≤1mm,满足实际焊接的精度要求。此外,本文基于线结构光参数的标定结果,建立了基于激光单目视觉的立体视觉模型。针对折线焊缝和S形焊缝,采用激光扫描的方式获得激光条纹图像序列。针对激光条纹图像,采用投影法提取激光条纹中心线并定位焊缝边缘特征点,然后结合线结构光标定结果、采像周期及机器人运动速度等参数完成焊缝信息的三维重建。实验结果表明,焊缝识别较为准确,可用于焊接前对焊缝进行检测及轨迹规划,替代焊接前对机器人进行轨迹示教等操作,实现机器人的自主焊接。