在大型鋁合金航天器結(jié)構(gòu)中，存在大量復(fù)雜形式的焊縫，如球形、圓柱形、圓臺殼體與圓形、異形法蘭形成的相貫線等。載人飛船、目標飛行器、軍用衛(wèi)星、月球探測飛行器等艙體結(jié)構(gòu)都不同程度地涉及到這類形式焊縫的焊接問題。目前大多靠手工鎢極氬弧焊來完成這類曲線焊縫的焊接。存在如下問題：

①反復(fù)補焊影響產(chǎn)品研制進度。手工焊容易出現(xiàn)缺陷，排除缺陷和補焊的效率往往牽制結(jié)構(gòu)的研制進度；

②熱輸入量大，焊接殘余應(yīng)力水平高，容易導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸超差；

③新一代長期在軌航天器密封艙體要求在軌壽命十五年以上。手工鎢極氬弧焊工藝焊接熱輸入量大，焊縫顯微組織粗大，焊縫殘余應(yīng)力較大，應(yīng)力腐蝕傾向嚴重，該工藝已不適應(yīng)航天器結(jié)構(gòu)長壽命、高可靠的制造需求。

激光跟蹤傳感器具有信號處理快速準確的動態(tài)響應(yīng)，所以提高了檢測靈敏度，改善了焊縫跟蹤的精度，且可以提高焊接速度，使焊道平滑等。

焊接機器人研究中的一項難題。其中關(guān)鍵技術(shù)包括：焊縫點圖像采集、結(jié)構(gòu)光數(shù)學模型建模、機器人的運動控制算法、視覺伺服控制、焊接機器人位姿實時調(diào)整、初始焊縫位置識別與定位。通過視覺伺服控制技術(shù)組建一個控制系統(tǒng)，實現(xiàn)曲線焊縫的自主識別定位，并完成焊縫的自動跟蹤。

目前對于焊接機器人對曲線焊縫自動跟蹤的研究，都是在設(shè)定視覺傳感器可以獲取穩(wěn)定的信息情況下進行的，對如何保證圖像特征始終存在于攝像機的有效范圍內(nèi)、如何快速的調(diào)整焊槍姿態(tài)與如何協(xié)調(diào)跟蹤過程中的三個任務(wù)考慮較少。線結(jié)構(gòu)光激光測量技術(shù)以其測量速度快、精度高、模型簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量中的三維信息獲取，是目前實現(xiàn)機器人路徑識別與軌跡規(guī)劃較為成熟的一項技術(shù)。

具體的操作流程如下：

（1）初始點定位：粗掃描階段，提高機器人速度，減少圖像采集點頻率，直到焊縫點掃描消失，然后回到上一點；細掃描階段，降低機器人速度，提高圖像采集頻率，直到找到最后一個點，即為比較精確的焊縫初始點；

（2）初始位姿調(diào)整：根據(jù)位姿調(diào)整策略調(diào)整焊縫初始點位姿，得到焊接機器人理想姿態(tài)R6；

（3）焊縫點三維信息計算：計算確定在當前姿態(tài)R6下達到焊縫初始點機器人位置信息P1；

（4）延遲跟蹤：將結(jié)構(gòu)光采集到的數(shù)據(jù)保存到建立的隊列當中，如果要提高系統(tǒng)精度，可以適當增加隊列長度。讀取當前焊槍末端點三維信息Pn，在P1~Pn之間適當插值，存于隊列中；

（5）根據(jù)當前焊縫圖像，圖像處理獲取焊縫點，將焊縫點在攝像機坐標系的三維坐標變換到機器人基坐標系后入隊，若焊縫提取失敗則跳到（8）；

（6）伺服控制：將焊接機器人運動分解為旋轉(zhuǎn)部分和平移部分的策略。平移運動保證焊槍精度，旋轉(zhuǎn)保證焊接機器人姿態(tài)良好；用視覺伺服控制反饋視覺圖像，結(jié)合焊槍坐標系建模方法，獲得機器人的旋轉(zhuǎn)量，實時調(diào)整機器人位姿。

（7）位姿調(diào)整：根據(jù)結(jié)構(gòu)光數(shù)學模型把采集到的焊縫點圖像坐標轉(zhuǎn)換為三維信息，然后根據(jù)視覺伺服控制方法控制焊接機器人進行焊縫跟蹤，在跟蹤過程中實時進行機器人位姿調(diào)整，保證焊槍與工件法線成15度；保證在曲線焊縫視覺跟蹤過程中焊縫點的圖像坐標在期望圖像坐標的可接受范圍內(nèi)，確保焊縫方向與激光條所成角度接近90度。

（8）判斷保存焊縫點三維信息的隊列是否為空，如不為空則跳到（4），反之則跳到（9）；

（9）焊縫跟蹤任務(wù)結(jié)束。

可創(chuàng)新點：

（1）初始點定位自動化程度：對于焊縫初始點自動識別定位，應(yīng)當提出更加簡便和快捷的方法，使自動識別效果更好，自動化程度更高；

（2）焊縫跟蹤路徑規(guī)劃：獲取焊縫點三維信息后，應(yīng)當對焊縫點進行軌跡規(guī)劃來使跟蹤軌跡更加平滑，提高焊縫質(zhì)量。
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