一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)專利背景

截至2018年7月，在焊接應(yīng)用上，已經(jīng)由半自動手工焊接工藝逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣雍附庸に?，全自動焊接工藝，或者智能焊接工藝，各個工藝所采用的跟蹤方式也不一樣，全球研究最多的兩類跟蹤就是電?。▊鞲衅鳎└?，激光（傳感器）跟蹤。

電弧跟蹤是利用焊接電弧自身特點的傳感器，不需要在焊槍上附加任何裝置，通過采集電弧的特性進(jìn)行程序算法控制，達(dá)到實時，穩(wěn)定的焊接跟蹤。

但電弧跟蹤的缺點也有很多，比如對薄板件的對接和搭接接頭很難跟蹤；受國外知識產(chǎn)權(quán)的影響，不可能開放底層接口，所以限制了國內(nèi)的電弧傳感器自主研發(fā)的進(jìn)度和應(yīng)用范圍；對于電弧傳感器信號的處理也是難點之一，因為弧焊過程有許多對信號采集和處理不利的因素，像短路電流的干擾，熔池液態(tài)金屬波動或流動的干擾等。這些不利因素導(dǎo)致了焊接電流是由長時低頻成分和短時高頻成分組成的非平穩(wěn)信號；控制方法的選擇，傳統(tǒng)PID控制已經(jīng)無法滿足復(fù)雜，非線性的焊接過程，而采用自適應(yīng)智能控制是一個比較好的解決方法，但實現(xiàn)起來又會遇到運算量大等問題，不容易實現(xiàn)實時控制。

激光（傳感器）跟蹤是利用工業(yè)CCD攝像機(jī)，經(jīng)圖像處理獲得焊件和焊縫的相對位置及坡口、熔池的相關(guān)信息。優(yōu)點是能獲得的焊縫信息量大，控制精度高、再現(xiàn)性好。基于激光跟蹤的很多優(yōu)點，應(yīng)用于全自動焊接設(shè)備上，可以達(dá)到更精確的控制和更完美的焊縫。 要想實現(xiàn)合格的焊縫，激光傳感器技術(shù)必須依賴可靠的焊接電源。焊接電源包括各項參數(shù)，比如電弧電壓，焊接電流，焊接速度，擺動參數(shù)，熱輸入量等，也與焊前工件預(yù)熱溫度相關(guān)。能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)跟蹤的效果進(jìn)行實時自動調(diào)節(jié)焊接電源的參數(shù)，達(dá)到合格的焊縫。

一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)專利目的

《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》的目的在于提供一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，利用激光焊縫跟蹤技術(shù)應(yīng)用在焊接設(shè)備上，確保更高的焊縫質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率。

一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)技術(shù)方案

《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》包括可進(jìn)行行走及焊接的焊接小車和焊縫跟蹤單元；焊縫跟蹤單元，包括激光傳感器頭和激光控制箱，可檢測及識別待焊接工件的焊縫并提供焊縫的檢測參數(shù)值；激光傳感器頭包括激光傳感器和攝像機(jī)，可攝取含有激光標(biāo)記的圖像檢測信號，提前地識別焊縫延伸的方向和偏差量以及焊縫的高度；激光控制箱可接收激光傳感器頭的圖像檢測信號，根據(jù)圖像檢測信號計算當(dāng)前待焊接點的檢測參數(shù)值，檢測參數(shù)值包括焊縫在焊接小車行走方向上的左右偏差量以及焊縫的高度偏差量；焊接小車內(nèi)置有焊接調(diào)整單元，以根據(jù)焊縫跟蹤單元的檢測參數(shù)值調(diào)整當(dāng)前待焊接點處的焊接位置及焊槍高度；焊接調(diào)整單元包括小車控制器、焊接電源及焊槍，焊槍可根據(jù)小車控制器的指令調(diào)整擺動中心以及調(diào)整高度；小車控制器接收當(dāng)前待焊接點處的檢測參數(shù)值，并讀取焊槍當(dāng)前擺動中心位置量，將焊縫的左右偏差量與焊槍當(dāng)前擺動中心位置量進(jìn)行比對計算，得到左右偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行擺動中心調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊接位置調(diào)整；小車控制器將當(dāng)前待焊接點處的焊縫高度偏差量與焊槍實時高度位置變量比對計算，得到高度偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行高度調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊槍高度調(diào)整。

其中，焊接小車上設(shè)置有十字滑臺，十字滑臺上設(shè)置有焊槍和激光傳感器頭，激光傳感器頭位于焊槍的前方位置。

作為一選項，焊接調(diào)整單元的焊接位置調(diào)整過程的內(nèi)容如下：

初始化焊接位置的參數(shù)變量，參數(shù)變量包括焊縫的左右偏差量、焊槍擺動中心位置量、擺動中心調(diào)整量、擺動電機(jī)螺距及擺動電機(jī)齒輪比； 讀取當(dāng)前焊槍的擺動中心位置，存入擺動中心位置量； 接收焊縫的左右偏差量； 判斷左右調(diào)整方向：定義在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于左邊時左右偏差量為負(fù)，在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于右邊時左右偏差量為正；分析左右偏差量，若左右偏差量為正則向右邊偏移，若左右偏差量為負(fù)則向左邊偏移； 根據(jù)參數(shù)變量計算擺動中心調(diào)整量； 控制擺動中心作出調(diào)整。 作為一選項，焊槍高度調(diào)整過程的內(nèi)容如下： 初始化高度位置各個參數(shù)變量，包括高度偏差量、高度調(diào)整量、高度電機(jī)螺距、高度電機(jī)齒輪比及高度位置變量； 實時讀取當(dāng)前焊槍的高度位置，存入高度位置變量； 讀取焊槍的高度偏差量； 判斷高度調(diào)整方向，其中，高度偏差量具有正負(fù)數(shù)，定義在高度方向上當(dāng)前待焊接點高度比預(yù)設(shè)高度低時高度偏差量為正數(shù)，反之則為負(fù)數(shù)； 根據(jù)參數(shù)變量計算高度調(diào)整量； 執(zhí)行高度位置調(diào)整。

一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)改善效果

《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》根據(jù)跟蹤單元的實時提前監(jiān)控，實時計算，得出焊槍的高度和水平兩個方向的偏差量，焊接小車做出相應(yīng)的調(diào)整，達(dá)到焊槍始終保持在焊縫的中心和適當(dāng)?shù)纳舷挛恢?，實現(xiàn)基于激光跟蹤的焊接應(yīng)用。

圖1為《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》的實施例的系統(tǒng)框圖；

圖2為該發(fā)明的實施例的處理流程圖；

圖3為該發(fā)明的實施例的傳感器頭與焊槍位置關(guān)系示意圖；

圖4為該發(fā)明的實施例的水平方向下傳感器頭工作示意圖；

圖5為該發(fā)明的實施例的焊接位置調(diào)整流程實例圖；

圖6為該發(fā)明的實施例的焊槍高度調(diào)整流程實例圖；

圖7為該發(fā)明的實施例的高度方向下傳感器頭工作示意圖； 其中，

圖4a-水平方向下正常焊接時傳感器頭工作示意圖，

圖4b-水平方向下焊縫往右偏移時傳感器頭工作示意圖，

圖4c-水平方向下焊縫往左偏移時傳感器頭工作示意圖，

圖7d-高度方向下正常高度時傳感器頭工作示意圖，

圖7e-高度方向下超過正常高度時傳感器頭工作示意圖，

圖7f-高度方向下低于正常高度時傳感器頭工作示意圖。

1.《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》包括可進(jìn)行行走及焊接的焊接小車和焊縫跟蹤單元；焊縫跟蹤單元，包括激光傳感器頭和激光控制箱，可檢測及識別待焊接工件的焊縫并提供焊縫的檢測參數(shù)值；激光傳感器頭包括激光傳感器和攝像機(jī)，可攝取含有激光標(biāo)記的圖像檢測信號，提前地識別焊縫延伸的方向和偏差量以及焊縫的高度；激光控制箱可接收激光傳感器頭的圖像檢測信號，根據(jù)圖像檢測信號計算當(dāng)前待焊接點的檢測參數(shù)值，檢測參數(shù)值包括焊縫在焊接小車行走方向上的左右偏差量以及焊縫的高度偏差量；焊接小車內(nèi)置有焊接調(diào)整單元，以根據(jù)焊縫跟蹤單元的檢測參數(shù)值調(diào)整當(dāng)前待焊接點處的焊接位置及焊槍高度；焊接調(diào)整單元包括小車控制器、焊接電源及焊槍，焊槍可根據(jù)小車控制器的指令調(diào)整擺動中心位置以及調(diào)整高度位置；小車控制器接收當(dāng)前待焊接點處的檢測參數(shù)值，并讀取焊槍當(dāng)前擺動中心位置，將焊縫的左右偏差量與焊槍當(dāng)前擺動中心位置量進(jìn)行比對計算，得到左右偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行擺動中心調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊接位置調(diào)整；小車控制器將當(dāng)前待焊接點處的焊縫高度偏差量與焊槍實時高度位置變量比對計算，得到高度偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行高度調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊槍高度調(diào)整；所述焊接調(diào)整單元的焊接位置調(diào)整過程的內(nèi)容如下，初始化焊接位置的參數(shù)變量，參數(shù)變量包括焊縫的左右偏差量、焊槍擺動中心位置量、擺動中心調(diào)整量、擺動電機(jī)螺距及擺動電機(jī)齒輪比；讀取當(dāng)前焊槍的擺動中心位置，存入擺動中心位置量；接收焊縫的左右偏差量；判斷左右調(diào)整方向：定義在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于左邊時左右偏差量為負(fù)，在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于右邊時左右偏差量為正；分析左右偏差量，若左右偏差量為正則向右邊偏移，若左右偏差量為負(fù)則向左邊偏移；根據(jù)參數(shù)變量計算擺動中心調(diào)整量；控制擺動中心作出調(diào)整；所述擺動中心調(diào)整量的計算公式如下，osc_centermove=（left_right_difference_usr*60000）/（Pitch1*fabsf（GearRatio1））其中，left_right_difference_usr為左右偏差量，osc_centermove為擺動中心調(diào)整量，Pitch1為擺動電機(jī)螺距，GearRatio1為擺動電機(jī)齒輪比，fabsf（GearRatio1）函數(shù)指對擺動電機(jī)齒輪比取絕對值函數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接小車上設(shè)置有十字滑臺，十字滑臺上設(shè)置有焊槍和激光傳感器頭，激光傳感器頭位于焊槍的前方位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳感器頭中，攝像機(jī)位于激光傳感器的前方位置，激光傳感器投射激光線并在當(dāng)前待焊接點處形成一條激光條紋，且激光條紋垂直于行走方向，以構(gòu)成當(dāng)前待焊接點的左右偏差量檢測模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光控制箱計算左右偏差量的過程如下：接收攝像機(jī)攝取的檢測圖像；檢測圖像中有焊縫、激光條紋及焊槍當(dāng)前位置，以焊槍當(dāng)前位置為參考點得到行走方向；識別當(dāng)前待焊接點的左右偏移方向，同時計算當(dāng)前待焊接點與行走方向之間的距離，得到具有正負(fù)數(shù)的左右偏差量，其中，定義在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于左邊時左右偏差量為負(fù)，在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于右邊時左右偏差量為正。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳感器頭中，攝像機(jī)是傾斜放置使得攝像機(jī)的視覺可與激光傳感器投射激光線相交，以構(gòu)成焊縫高度偏差量檢測模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光控制箱計算當(dāng)前待焊接點高度偏差量的過程如下，接收攝像機(jī)攝取的檢測圖像；檢測圖像中有焊縫、激光條紋及焊槍當(dāng)前位置，以焊槍當(dāng)前位置為參考點得到激光條紋與參考點之間的距離；根據(jù)激光條紋與參考點之間的距離計算當(dāng)前待焊接點高度，當(dāng)前待焊接點高度即為當(dāng)前待焊接點處的焊縫高度；根據(jù)當(dāng)前待焊接點高度與預(yù)設(shè)高度比對計算，得到高度偏差量；其中，高度偏差量具有正負(fù)數(shù)，定義在高度方向上當(dāng)前待焊接點高度比預(yù)設(shè)高度低時高度偏差量為正數(shù)，反之則為負(fù)數(shù)；當(dāng)攝像機(jī)的視覺與激光傳感器的激光條紋于當(dāng)前待焊接點處相交時，焊縫高度為預(yù)設(shè)高度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接調(diào)整單元的焊槍高度調(diào)整過程的內(nèi)容如下，初始化高度位置各個參數(shù)變量，包括高度偏差量、高度調(diào)整量、高度電機(jī)螺距、高度電機(jī)齒輪比及高度位置變量；實時讀取當(dāng)前焊槍的高度位置，存入高度位置變量；讀取焊槍的高度偏差量；判斷高度調(diào)整方向，其中，高度偏差量具有正負(fù)數(shù)，定義在高度方向上當(dāng)前待焊接點高度比預(yù)設(shè)高度低時高度偏差量為正數(shù)，反之則為負(fù)數(shù)；根據(jù)參數(shù)變量計算高度調(diào)整量；執(zhí)行高度位置調(diào)整。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述焊槍的高度調(diào)整量的計算公式如下，Length_centermove=（Length_difference_usr*60000）/（Pitch2*fabsf（GearRatio2）其中，Length_difference_usr為高度偏差量，Length_centermove為高度調(diào)整量，Pitch2為高度電機(jī)螺距，GearRatio2為高度電機(jī)齒輪比，fabsf（GearRatio2）函數(shù)指對高度電機(jī)齒輪比取絕對值函數(shù)。

激光焊縫跟蹤系統(tǒng)是專門用于焊接專機(jī)的非接觸式焊縫跟蹤系統(tǒng)，克服了機(jī)械探針式系統(tǒng)所固有的不能處理薄工件或者小間隙的缺陷，將激光傳感器安裝在焊槍的前面，跟蹤系統(tǒng)將根據(jù)傳感器檢測的焊縫偏差來控制焊槍的位置確保焊絲對中。

《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》包括可進(jìn)行行走及焊接的焊接小車和焊縫跟蹤單元；焊縫跟蹤單元，包括激光傳感器頭和激光控制箱，可檢測及識別待焊接工件的焊縫并提供焊縫的檢測參數(shù)值；激光傳感器頭包括激光傳感器和攝像機(jī)（可對圖像進(jìn)行初級算法處理），可攝取含有激光標(biāo)記的圖像檢測信號，提前地識別焊縫延伸的方向和偏差量以及焊縫的高度；激光控制箱可接收激光傳感器頭的圖像檢測信號，根據(jù)圖像檢測信號計算當(dāng)前待焊接點的檢測參數(shù)值（對圖像應(yīng)用層進(jìn)行算法處理），檢測參數(shù)值包括焊縫在焊接小車行走方向上的左右偏差量以及焊縫的高度偏差量（與預(yù)設(shè)高度比對，得到高度偏差量）；焊接小車內(nèi)置有焊接調(diào)整單元，以根據(jù)焊縫跟蹤單元的檢測參數(shù)值調(diào)整當(dāng)前待焊接點處的焊接位置及焊槍高度；焊接調(diào)整單元包括小車控制器、焊接電源及焊槍，焊槍可根據(jù)小車控制器的指令調(diào)整擺動中心以及調(diào)整高度；小車控制器接收當(dāng)前待焊接點處的檢測參數(shù)值，并讀取焊槍當(dāng)前擺動中心位置量，將焊縫的左右偏差量與焊槍當(dāng)前擺動中心量進(jìn)行比對計算，得到左右偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行擺動中心調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊接位置調(diào)整；小車控制器將當(dāng)前待焊接點處的焊縫高度偏差量與焊槍實時高度比對，得到高度偏移調(diào)整值，進(jìn)而輸出執(zhí)行高度調(diào)整指令，實現(xiàn)焊槍在當(dāng)前待焊接點處的焊槍高度調(diào)整。其處理流程參見圖2。

下述將對該發(fā)明進(jìn)行具體說明。

如圖1所示，該發(fā)明系統(tǒng)主要包括激光傳感器頭、激光控制箱、焊接小車（包含焊槍）、焊接手控盒、焊接電源及水箱等。具體說明如下：

激光傳感器頭包括激光傳感器和攝像機(jī)（攝像模塊），其中結(jié)合了高分辨率百萬像素攝像機(jī)，而激光傳感器包括發(fā)射激光源和控制器（CPU），獨特地自動激光控制和特殊的光學(xué)系統(tǒng)，確保了所生成的焊縫激光條紋圖像的高質(zhì)量和穩(wěn)定性。其內(nèi)部配置高速的數(shù)字圖像處理硬件和軟件保證了高速圖像處理和焊縫跟蹤。

激光控制箱包括硬件控制板，電源控制板，接口電路，彩色觸摸屏顯示器等部件，簡單的安裝和設(shè)置、簡便的操作和提供快速診斷的操作界面都是精心設(shè)計而成。

焊接小車包含小車控制板，驅(qū)動板，十字滑臺，電機(jī)等部件，焊接手控盒提供焊接方面的各項操作，焊槍提供送絲通路和水冷通路，焊接電源提供焊接電弧能量，保證電弧穩(wěn)定燃燒和焊接過程順利進(jìn)行，并得到良好焊接接頭。

冷卻水箱負(fù)責(zé)傳感器探頭的冷卻，保證傳感器在正常的溫度范圍內(nèi)工作，提高系統(tǒng)的使用壽命。

下述將對該發(fā)明的總體實現(xiàn)思路進(jìn)行說明。

首先，根據(jù)激光傳感器模塊的安裝位置，位置超前于焊槍位置，采用激光的方式對焊縫進(jìn)行提前識別，包括焊縫的寬度及高度等。

其次，在焊接過程中，跟蹤模塊與焊接小車之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括上下、左右的偏移量。

然后，當(dāng)跟蹤模塊的傳感器（激光傳感器）檢測到高度變化后，傳感器CPU及激光控制箱通過算法計算出偏差量，然后將偏差量傳給焊接小車，焊接小車控制單元將其與焊槍實時高度比對計算高度偏差量，判斷變化的方向和大小。讓焊槍高度始終保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?

最后，激光傳感器檢測水平方向有變化后，通過算法計算出左右的偏差量后轉(zhuǎn)給焊接小車，焊接小車內(nèi)部實時能讀取當(dāng)前焊槍的擺動中心，當(dāng)有偏差量后，焊接小車將焊槍的擺動中心值進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)整，使焊槍始終保持在焊縫的中心。

下述將進(jìn)一步說明激光傳感器頭在正常安裝和使用狀態(tài)下的情況和焊接參考點的情況，根據(jù)激光傳感器的輸出，焊接位置及焊槍高度各項參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的應(yīng)用。 如圖3所示，焊槍安裝在焊接小車的十字滑臺上，傳感器頭安裝在焊槍前端，在焊接前，需要操作焊接手控盒（其內(nèi)還有激光手控操作）成功分析到焊縫，然后設(shè)置參考點，才能保證有效的自動跟蹤。由于傳感器激光在前端B點，焊槍在A點，為了焊接的準(zhǔn)確性，焊槍起弧點應(yīng)該在B點，所以必須計算AB段的延遲時間，存儲到控制系統(tǒng)中，等焊槍移動到B點后開始起?。灰阎狝B間距離為L，行走速度為V，則延遲時間

在激光傳感器頭中，攝像機(jī)位于激光傳感器的前方位置，激光傳感器投射激光線并在當(dāng)前待焊接點處形成一條激光條紋，且激光條紋垂直于行走方向，以構(gòu)成當(dāng)前待焊接點的左右偏差量檢測模型。

進(jìn)而，激光控制箱計算左右偏差量，具體內(nèi)容如下：接收攝像機(jī)攝取的檢測圖像；檢測圖像中有焊縫、激光條紋及焊槍當(dāng)前位置，以焊槍當(dāng)前位置為參考點得到行走方向；識別當(dāng)前待焊接點的左右偏移方向，同時計算當(dāng)前待焊接點與行走方向之間的距離，得到具有正負(fù)數(shù)的左右偏差量，其中，定義在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于左邊時左右偏差量為負(fù)，在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于右邊時左右偏差量為正。

如圖4所示，在焊縫水平面上，水平傳感器可以識別焊縫的趨勢。當(dāng)傳感器已經(jīng)試教過了，焊縫當(dāng)前的位置就作為參考位置。如果焊縫和行走方向成一定的夾角，則傳感器可以提前讀取位置，傳輸至激光控制器，進(jìn)行程序控制算法，然后將移動偏差距離發(fā)送至焊接小車控制器，然后對比內(nèi)部實時讀取的焊槍的擺動中心量計算左右偏移量并進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到水平方向的位置修正。正常焊接的時候，處于圖4a位置。如果傳感器檢測到焊縫往右偏移，如圖4b所示，傳感器控制器計算出偏差量x。如果傳感器檢測到焊縫往左偏移，如4c圖所示，傳感器控制器計算出偏差量-x。

下述將對基于水平傳感器的焊接位置調(diào)整過程進(jìn)行說明。

焊接調(diào)整單元的焊接位置調(diào)整過程的內(nèi)容如下：初始化焊接位置的參數(shù)變量，焊縫的左右偏差量、焊槍擺動中心位置量、擺動中心調(diào)整量、擺動電機(jī)螺距及擺動電機(jī)齒輪比；讀取當(dāng)前焊槍的擺動中心位置量，存入擺動中心位置量；接收焊縫的左右偏差量；判斷左右調(diào)整方向：定義在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于左邊時左右偏差量為負(fù)，在行走方向上當(dāng)前待焊接點處于右邊時左右偏差量為正；分析左右偏差量，若左右偏移量為正則向右邊偏移，若左右偏差量為負(fù)則向左邊偏移；根據(jù)參數(shù)變量計算擺動中心調(diào)整量（左右偏移調(diào)整量）；控制擺動中心作出調(diào)整。

如圖5所示，水平位置調(diào)整（焊接位置左右調(diào)整）流程，其流程順序只是一個實例，在邏輯可行范圍內(nèi)可以調(diào)換，如將“讀取當(dāng)前焊槍的擺動中心位置”步驟與“接收焊縫的左右偏差量”步驟互換等。

首先，初始化水平位置（焊接位置）各個參數(shù)變量，包括激光控制箱傳輸回來的左右偏差量（left_right_difference_usr）、焊槍擺動中心位置量（Osc_Center）、焊槍擺動電機(jī)螺距（Pitch1）及焊槍擺動電機(jī)齒輪比（GearRatio1）等。然后，實時讀取焊槍擺動中心位置量Osc_Center。接著，讀取左右偏差量。依照行走方向，沒有偏移，則如圖4a所示。如果水平方向發(fā)生偏移，則左右偏差量left_right_difference_usr有取值；往右邊偏移，如圖4b所示，左右偏差量為正值；往左邊偏移，如圖4c所示，左右偏差量為負(fù)值。最后，經(jīng)過擺動中心計算函數(shù)后，執(zhí)行擺動中心調(diào)整。其中，擺動中心調(diào)整量osc_centermove＝（left_right_difference_usr*60000）/（Pitch1*fabsf（GearRatio1）），fabsf（GearRatio1）函數(shù)指對擺動電機(jī)齒輪比取絕對值函數(shù)。

如圖7所示，圖中左側(cè)傳感器圖片中粗線即為識別出來的焊縫，圖7d、圖7e及圖7f三圖表示了在垂直方向上傳感器的三個不同的位置，其中，圖7d為正常高度，在傳感器跟蹤的過程中，理想情況為始終保持圖7d高度或者附近，因為傳感器固有特性，不能超過一定高度范圍或者低于一定高度范圍，否則不能跟蹤或者需要轉(zhuǎn)換為手動調(diào)整。如果超過了正常高度，如圖7e所示，則干伸長增加，電流減小。如果低于正常高度，如圖7f所示，則干伸長減小，電流增大。因此，需要對其高度進(jìn)行調(diào)節(jié)：焊接小車接收到傳感器控制箱傳來的高度偏差量后，焊接小車根據(jù)自己實時檢測當(dāng)前焊槍的高度值，結(jié)合高度偏差量進(jìn)行運算，得出焊槍需要調(diào)整的數(shù)值及方向，進(jìn)而，焊槍小車控制器CPU給驅(qū)動發(fā)命令，然后驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行偏移動作。如果超過了傳感器能接受的最大或者最小高度，則不能跟蹤。

下述將對基于激光傳感器計算高度進(jìn)行說明。

如前述，在激光傳感器頭中，攝像機(jī)位于激光傳感器的前方位置，激光傳感器投射激光線并在當(dāng)前待焊接點處形成一條激光條紋，而且，攝像機(jī)視傾斜放置使得攝像機(jī)的視覺可與激光傳感器投射激光線相交，以構(gòu)成焊縫高度偏差量檢測模型。

進(jìn)而，激光控制箱計算當(dāng)前待焊接點高度，具體內(nèi)容如下：接收攝像機(jī)攝取的檢測圖像；檢測圖像中有焊縫、激光條紋及焊槍當(dāng)前位置，以焊槍當(dāng)前位置為參考點得到激光條紋與參考點之間的距離；根據(jù)激光條紋與參考點之間的距離計算當(dāng)前待焊接點高度，當(dāng)前待焊接點高度即為當(dāng)前待焊接點處的焊縫高度；根據(jù)當(dāng)前帶焊接點高度與預(yù)設(shè)高度比對計算，得到高度偏差量；其中，高度偏差量具有正負(fù)數(shù)，定義在高度方向（垂直方向）上當(dāng)前帶焊接點高度比預(yù)設(shè)高度低時高度偏差量為正數(shù)，反之則為負(fù)數(shù)；當(dāng)攝像機(jī)的視覺與激光傳感器的激光條紋于當(dāng)前待焊接點處相交時，焊縫高度為預(yù)設(shè)高度。

如圖6所示，垂直方向位置調(diào)整（焊槍高度調(diào)整）流程，其流程順序只是一個實例，在邏輯可行范圍內(nèi)可以調(diào)換，如將“讀取當(dāng)前焊槍的高度位置”步驟與“接收高度偏差量”步驟互換等。

首先，初始化高度位置各個參數(shù)變量，包括高度偏差量（Length_difference_usr）、高度調(diào)整量（Length_centermove）、高度電機(jī)螺距（Pitch2）、高度電機(jī)齒輪比（GearRatio2）及高度位置（Length_Center）等。然后，實時讀取當(dāng)前焊槍的高度位置，存入Length_Center變量。接著，讀取高度偏差量。若焊槍處于預(yù)設(shè)位置，則如圖7d所示。如果焊槍高于預(yù)設(shè)位置，則如圖7e所示，高度偏差量為負(fù)值。如果焊槍低于預(yù)設(shè)位置，則如圖7f所示，高度偏差量為正值。最后，經(jīng)過高度位置計算函數(shù)后，執(zhí)行高度位置調(diào)整。其中，焊槍的高度調(diào)整量Length_centermove＝（Length_difference_usr*60000）/（Pitch2*fabsf（GearRatio2），fabsf（GearRatio2）函數(shù)指對高度電機(jī)齒輪比取絕對值函數(shù)。

如上述，在焊接過程中，根據(jù)跟蹤器（傳感器頭和激光控制箱）的實時提前監(jiān)控，實時計算，得出焊槍的高度和水平兩個方向的偏移量，焊接小車做出相應(yīng)的調(diào)整，達(dá)到焊槍始終保持在焊縫的中心和適當(dāng)?shù)纳舷挛恢茫瑢崿F(xiàn)基于激光跟蹤的焊接應(yīng)用。

2021年11月，《一種基于激光跟蹤的焊接系統(tǒng)》獲得2020年度四川專利獎一等獎。

激光跟蹤測量系統(tǒng)( Laser Tracker System )是由單臺激光跟蹤儀構(gòu)成的球坐標(biāo)系瀕量系統(tǒng)，是一種大范圍、大尺寸設(shè)備的、實時動態(tài)跟蹤的高精度新型測量儀器。它集成了激光干涉測距、光電探測術(shù)、精密機(jī)械、計算機(jī)和現(xiàn)代控制技術(shù)以及數(shù)值計算理論等，能對空間運動目標(biāo)跟蹤并實時測量目標(biāo)的三維坐標(biāo)。激光跟蹤儀是一種精密的三維坐標(biāo)測量儀器，它具有精度高、速度快、便于移動等優(yōu)點。

激光跟蹤儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計、測距和跟蹤方式與全站儀不同，測程僅到35m,重達(dá)30 多公斤，只適合作室內(nèi)工業(yè)測量。激光跟蹤測量系統(tǒng)在大型工件測量、定位、校準(zhǔn)、安裝及在線加工等方面，都是最有效、性價比最高的測量設(shè)備。

激光跟蹤儀測量系統(tǒng)的軟件有數(shù)據(jù)管理/處理模塊及控制/測量模塊，商業(yè)化軟件有Leica 公司的Axyz CDM/LTM。控制/測量模塊可作靜態(tài)的單點平均測量、球面擬合測量，還可對動態(tài)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤測量，進(jìn)行連續(xù)采樣、格網(wǎng)采樣和表面測量等，還具有搬站功能。 2100433B

激光跟蹤測量系統(tǒng)（Laser Tracker System）是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測量儀器。它集合了激光干涉測距技術(shù)、光電探測技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)及控制技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進(jìn)技術(shù)，對空間運動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實時測量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。它具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合于大尺寸工件配裝測量。

激光跟蹤測量系統(tǒng)基本都是由激光跟蹤頭（跟蹤儀）、控制器、用戶計算機(jī)、反射器（靶鏡）及測量附件等組成。

激光跟蹤測量系統(tǒng)的工作基本原理是在目標(biāo)點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準(zhǔn)目標(biāo)。同時，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標(biāo)的空間位置。簡單的說，激光跟蹤測量系統(tǒng)的所要解決的問題是靜態(tài)或動態(tài)地跟蹤一個在空間中運動的點，同時確定目標(biāo)點的空間坐標(biāo)。

激光跟蹤儀概述

在直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系及球坐標(biāo)系中唯有球坐標(biāo)系是只要求長度量的，其他兩個角度量完全可以用現(xiàn)代精密的角度編碼器完成。

三大技術(shù)，即：精度的角度編碼器、續(xù)光再續(xù)和激光催生了激光跟蹤儀。

T-Probe的發(fā)明使隱蔽處測量成為可能，尤其是對方向姿態(tài)的測量大大擴(kuò)展了激光跟蹤儀的應(yīng)用，例如可以用于機(jī)器人姿態(tài)的動態(tài)測量。

激光跟蹤儀在汽車、航空航天和通用制造領(lǐng)域工裝設(shè)置、檢測和機(jī)床控制與校準(zhǔn)應(yīng)用中得到普遍認(rèn)可，其中以Leica居多，擁有全球1600多臺的裝機(jī)量。激光測量技術(shù)如今已開始廣泛應(yīng)用。

由于激光跟蹤儀是利用激光測距，所以測距精度很高，但角度編碼器隨著距離的加大帶來的位置誤差亦很大，所以跟蹤儀本身主要是角度誤差。

在激光跟蹤儀的應(yīng)用中靶標(biāo)對測量精度的影響亦不可忽視，通常靶標(biāo)外形為球形，內(nèi)部為3個互相垂直的反射鏡（CCR）。若三個反射鏡的角點和外球的中心不重合或3個反射鏡面相互不垂直都會引起誤差，因此在同一次測量中推薦使用同一個反射鏡，同時反射鏡不要繞自身光軸轉(zhuǎn)動。

激光本身受大氣溫度、壓力、濕度及氣流流動的影響，所以大氣參數(shù)的補(bǔ)償對此儀器的正常使用十分關(guān)鍵。2100433B