視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的應用研究

摘要：視覺傳感技術在現代工業自動化中扮演著關鍵角色，尤其在機器人智能化焊接領域展現出巨大潛力。旨在深入探討視覺傳感技術如何賦能機器人焊接，推動焊接工藝邁入智能化新階段。通過對視覺傳感技術的全面概述，闡述其在焊接過程中的具體應用，強調了其在精準定位和識別焊接對象、提升焊接質量、適應復雜環境、實現焊接過程自適應控制等方面的重要作用。

關鍵詞：視覺傳感技術 機器人焊接 智能化焊接 焊接質量

Research on the Application of Visual Sensing Technology in Robot Intelligent Welding

NIU Chong

Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical TechnologyMechanical and Electrical Vocational and Technical College， ，Kunming， ，Yunnan Province， ，650203 China

Abstract： Visual sensing technology plays a key role in modern industrial automation， especially in the field of robot intelligent welding， which shows great potential. Aiming to explore in depth how visual sensing technology empowers robot welding and promotes the welding process to enter a new stage of intelligence. Through a comprehensive overview of visual sensing technology， this article elaborates on its specificinformation collection， processing， and application in the welding process， revealing how visual sensing technology can accurately locate and identify welding objects， and achieve high-precision and high-efficiency welding operations. At the same time， the current situation and development trend of robot intelligent welding technology were analyzed， emphasizing the important role in precise positioning and recognition of welding objects，of visual sensing technology in improving welding quality， adapting to complex environments， and achieving adaptive control of welding processes.

Key Words： Visual sensing technology; Robot welding; Intelligent welding; Welding quality;

視覺傳感技術在機器人焊接中的應用前景廣闊。通過技術創新和系統集成，視覺傳感器的硬件將得到進一步優化，軟件算法也將更加智能化。結合人工智能和機器學習技術，如深度學習算法，視覺傳感系統將實現更復雜的焊縫識別和自適應調整，從而使焊接機器人具備更高的自主學習和決策能力，為實現焊接制造的高質量、高效率和高安全性奠定堅實的技術基礎。隨著視覺傳感技術的不斷進步，焊接機器人將在智能化焊接的道路上邁出更加堅實的步伐。視覺傳感技術與機器人焊接的融合有望拓展到更多領域。在航空航天、汽車制造等對焊接質量要求極高的行業，視覺傳感技術將助力機器人焊接實現更高精度和穩定性。同時，在一些惡劣、危險的焊接環境中，如核工業、海洋工程等，搭載視覺傳感技術的焊接機器人，能夠代替人工完成任務，保障操作人員的安全。此外，隨著工業互聯網的發展，視覺傳感技術還可以實現焊接數據的實時傳輸和共享，便于遠程監控和管理，進一步提升焊接生產的智能化水平。 在當前工業4.0的大背景下，焊接制造領域正經歷著從傳統模式向數字化、信息化、智能化制造的深刻轉型，這一轉變不僅響應了《中國制造2025》戰略的號召，也為視覺傳感技術在焊接領域的應用開辟了廣闊的空間。

1研究背景與目的

隨著現代制造業的快速發展，焊接作為關鍵制造工藝，其自動化與智能化水平不斷提升。在這一進程中，視覺傳感技術憑借其獨特優勢，逐漸成為機器人智能化焊接領域的核心技術之一。傳統焊接方式依賴人工操作，不僅效率低下，且難以保證焊接質量的穩定性，尤其在復雜工況下，其局限性更為顯著^[1]。視覺傳感技術的引入能夠實時獲取焊接過程中的多維信息，為機器人提供精準的焊縫跟蹤與質量檢測能力，從而顯著提升焊接的自動化與智能化水平。通過探討視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的具體應用，分析其在焊縫跟蹤、焊接質量檢測等場景下的技術原理與實際效果，并針對復雜工況下的應用挑戰提出有效的解決策略，深入研究視覺傳感技術與機器人焊接系統的融合機制，為提升焊接工藝的智能化水平提供理論支持與實踐指導，推動現代制造業向高精度、高效率、高質量的方向發展。

2視覺傳感技術

2.1視覺傳感技術概述

視覺傳感技術作為機器人智能化焊接的核心組成部分，其直接關系到焊接過程的精準控制與高效執行。視覺傳感技術是基于光學原理，通過捕捉和分析視覺信息來實現對環境和工件的識別與理解。在焊接領域，視覺傳感技術主要應用于焊縫的識別與跟蹤，通過精準定位焊縫，確保焊接路徑的準確無誤，從而提高焊接質量和效率^[2]。該技術利用攝像機、傳感器等設備獲取焊接區域的圖像信息，然后借助圖像處理和模式識別算法，提取焊縫的關鍵特征，如位置、形狀、尺寸等。這不僅能夠實時監測焊接過程中的各種變化，還能根據實際情況自動調整焊接參數，使焊接過程始終保持在最佳狀態。同時，視覺傳感技術還可以對焊接質量進行實時評估，及時發現并糾正潛在的焊接缺陷，進一步保障了焊接產品的可靠性和穩定性。

視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的應用形式多樣。比如采用結構光視覺傳感，它通過向焊接區域投射特定的結構光圖案，利用攝像機采集反射光圖案，分析圖案的變形來獲取焊縫的三維信息，這種方式能有效應對復雜形狀焊縫的識別與跟蹤。還有激光視覺傳感，利用激光掃描焊接區域，根據反射光的時間差等信息構建焊縫的三維模型，具有高精度、高速度的特點，能適應高速焊接的需求。視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的應用還在不斷拓展和創新。一方面，隨著傳感器技術的發展，新型的視覺傳感器不斷涌現，其具有更高的分辨率、更寬的動態范圍和更強的抗干擾能力，能在更復雜的環境下穩定工作。

2.2視覺傳感技術工作原理

視覺傳感技術的原理可歸納為3個關鍵步驟：圖像獲取、圖像處理和信息解析。首先，通過攝像頭或其他光學傳感器捕獲焊接對象的圖像，這一過程涉及光源的選擇與布置，以確保圖像的清晰度和對比度。其次，圖像處理階段，利用先進的圖像處理算法，對捕獲的圖像進行分析，識別焊縫的位置、形狀和尺寸等關鍵特征。最后，信息解析階段，將圖像處理的結果轉換成機器人可執行的指令，指導機器人進行精確的焊接操作。

2.3視覺傳感技術[wl3]"優勢

[wl4]"相較于傳統傳感技術，視覺傳感技術具有顯著優勢，主要體現在以下幾個方面。首先，其非接觸式測量的特性使其能夠在不干擾目標物體的情況下完成高精度測量，這對高溫、高壓等惡劣環境下的焊接任務尤為重要、其次，視覺傳感技術具備較強的適應性和靈活性，能夠快速適應不同形狀、材料和工藝要求的焊接工件，從而大幅提高生產效率。最后，該技術支持實時在線監測，能夠在焊接過程中及時發現并糾正偏差，有效提升焊接質量。視覺傳感技術還可以與其他智能技術相結合，進一步拓展其應用潛力，為機器人智能化焊接提供更加全面的解決方案^[3]。

3 視覺傳感技術在機器人焊接中的應用

3.1 焊縫識別與跟蹤

焊縫識別與跟蹤是視覺傳感技術在機器人焊接中最直接的應用。通過圖像處理技術，視覺傳感器能夠精確捕捉焊縫的特征，如邊緣、拐點和形狀等，實現對焊縫的自動識別與跟蹤。這一過程涉及到了視覺系統的標定，包括攝像機內參數標定、線結構光參數標定與手眼標定，確保了視覺傳感器捕捉到的信息能夠準確轉化為機器人操作指令。在面對復雜焊縫時，視覺傳感技術能夠通過識別焊縫邊緣特征點坐標，并將其轉化為三維信息，為焊接機器人的精準控制提供堅實的基礎^[4]。

3.2焊接質量檢測

視覺傳感技術還被廣泛應用于焊接質量檢測領域。焊接質量直接影響到產品的安全性與使用壽命，因此，對其進行實時監測和評估具有重要意義。

視覺傳感技術通過采集焊接過程中的熔池形態、焊縫表面紋理、熱影響區特征等信息，結合先進的圖像處理與分析方法，能夠快速判斷焊接質量是否達標，并識別潛在的缺陷類型，如氣孔、裂紋和未熔合等。在焊接質量檢測中，視覺傳感器的分辨率、幀率與抗干擾能力是關鍵性能指標。高分辨率傳感器能夠捕捉細微的焊縫細節，高幀率則有助于實現動態過程的連續監測。此外，為了克服焊接現場惡劣環境對圖像質量的影響，研究者開發了多種圖像增強和復原技術，如基于小波變換的去噪方法、自適應對比度增強算法等。這些技術不僅提高了圖像清晰度，還為后續的質量分析提供了可靠的數據基礎。

近年來，深度學習技術的引入進一步推動了焊接質量檢測的智能化發展。卷積神經網絡（Convolutional Neural Network，CNN）等深度學習模型能夠自動提取焊縫圖像中的復雜特征，并通過訓練大量樣本數據實現缺陷分類與預測。實驗結果表明，基于深度學習的檢測方法在準確性和效率上均優于傳統方法，尤其適用于大規模生產環境下的在線質量監控^[5]。

3.3復雜工況下的適應性

在復雜工況下，視覺傳感技術展現了強大的適應性與靈活性，為機器人智能化焊接提供了重要的技術支持。復雜工況通常包括高溫、強弧光、多變的工件形狀、動態變化的焊接環境等因素，這些因素對視覺傳感器的性能提出了嚴峻挑戰。然而，通過合理選擇傳感器類型、優化圖像處理算法、設計智能控制系統，視覺傳感技術能夠在極端條件下保持高效運行^[6]。例如：在高溫環境中，普通工業相機可能因熱輻射而導致圖像失真或損壞。為此，研究者開發了耐高溫特種相機，并配備了冷卻裝置以延長設備使用壽命。同時，針對強弧光干擾問題，采用窄帶濾光片或偏振鏡片可以有效抑制弧光反射，從而提高圖像采集質量。此外，結合激光掃描技術與三維重建算法，視覺傳感系統能夠精確還原復雜工件的幾何形狀，為機器人路徑規劃提供高精度的空間信息。

對于動態變化的焊接環境，視覺傳感技術也有獨特的應對策略。可以利用實時圖像監測與反饋機制，讓視覺傳感器持續采集焊接過程中的環境信息，并及時將數據傳輸給控制系統。控制系統根據這些信息動態調整機器人的焊接參數和路徑，確保焊接質量不受環境變化的影響。比如在焊接過程中，當檢測到工件位置發生小范圍偏移時，視覺傳感系統能迅速識別并計算出偏移量，進而控制機器人微調焊接軌跡，保證焊縫的準確性。而且，通過機器學習算法對大量復雜工況下的焊接數據進行學習和分析，視覺傳感技術還能不斷優化自身的性能和適應性，更好地應對未來可能出現的各種復雜焊接場景。

4結語

本文深入探討了視覺傳感技術在機器人焊接中的應用。研究表明，視覺傳感技術能夠實時獲取焊接過程中的多維信息，為焊縫跟蹤、焊接質量檢測等提供了重要支持。然而，復雜工況下的環境干擾、高精度實時處理的需求與多傳感器融合的難題仍是當前研究的重點和難點。未來，隨著人工智能、大數據等技術的不斷發展，視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的應用將更加廣泛和深入，為提升機器人焊接的智能化水平和焊接質量提供了理論和技術支持，對推動該領域的發展具有重要意義。

參考文獻

[1]柴春花，沈海軍.初探視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的應用[J].中國設備工程，2024，（16）：33-35.

[2]張志芬，陳善本，張裕明，等. 焊接智能化監測技術研究現狀與展望 [J]. 焊接學報， 2024， 45 （11）： 10-20，70.

[3]朱傳輝，王子豪，朱志明，等.基于多源傳感的管道空間全位置焊槍位姿檢測與控制[J].清華大學學報（自然科學版），2025，65（5）：882-890.

[4]張娜，王鵬峰，郜玉鑫，等. 基于機器視覺波分復用器件光斑自動檢測裝置 [J/OL]. 激光技術： 1-13[2024-12-23]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/51.1125.TN.20241216.1711.002.html.

[5]陳華斌，孔萌，呂娜，等.視覺傳感技術在機器人智能化焊接中的研究現狀[J].電焊機，2017， 47（3）：1-16.

[6]李潔，劉坤，胥國祥，等. 《材料連接原理》課程對焊接專業人才培養目標的支撐與達成探討 [J]. 焊接技術， 2024， 53 （12）： 140-144.