基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN103252560A
(43)申请公布日2013.08.21

(21)申请号CN201310092613.8

(22)申请日2013.03.22

(71)申请人广西机电职业技术学院
地址530007广西壮族自治区南宁市大学东路101号

(72)发明人莫胜撼戴建树喻宁娜钟义广何建辉

(74)专利代理机构广西南宁汇博专利代理有限公司

代理人邓晓安

(51)Int.CI
B23K9/127

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪
方法

(57)摘要
本发明涉及一种用于焊接技术领域
的焊缝跟踪方法，针对现有焊缝自动跟踪
方法依靠单一反馈来控制焊枪产生滞后控
制，影响跟踪的精度这一不足，提供一种
基于激光视觉传感的焊缝跟踪方法，在传
感器检测位置超前焊枪的情况下，它可以
计算出焊枪实际焊缝偏差，同时可以预测
下一步焊缝的走向，大大提高焊缝跟踪精
度和效果。本发明使用摄像机持续获取焊
缝图像信息，通过主控计算机处理获得实
际焊缝偏差来构成反馈控制，同时通过主
控计算机处理获得焊缝轨迹曲率(斜率)信
息，进而预测一个前馈量构成前馈控制；
将反馈控制和前馈控制两者结合构成前馈
反馈，计算焊枪应调整量，控制焊枪沿焊
缝前进。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种激光视觉传感焊缝自动跟踪系统，包括计算机、焊枪、视觉传感器、图像采
集单元、运动控制单元和驱动单元，视觉传感器、图像采集单元、运动控制单元和
驱动单元安装在焊枪的上方，图像采集单元和运动控制单元连接计算机，焊枪由驱
动单元带动；其特征在于：焊枪前方设置有半导体激光器，视觉传感器下方设置有
滤光片组。

2.根据权利要求1所述的激光视觉传感焊缝自动跟踪系统，其特征在于：所述驱动
单元包括步进电机和驱动器。

3.一种基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）启动系统，设定跟踪参数；

（2）开始跟踪，计算机经过视觉传感器和图像采集单元获取焊缝图像信息，计算
出测量偏差，并进行数据存储；

（3）计算机计算实际焊缝偏差做为反馈量，并进行数据存储；

（4）计算机计算由焊缝斜率预测的前馈量，并进行数据存储；

（5）计算机计算焊枪应调整量，并进行数据存储，通过运动控制单元输出控制信
号，由驱动单元控制焊枪运动；

（6）步骤（2）至步骤（5）循环执行，实现焊缝自动跟踪，直到焊接结束。

4.根据权利要求3所述的基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪方法，其特征在于：步
骤（1）包括设定激光条纹中心与焊枪中心的距离、设定采样周期、设定焊枪与焊
件的相对移动速度和设定视觉传感器的分辨率。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体是一种基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪系统和方
法。

背景技术

焊缝跟踪是实现焊接自动化亟待解决的问题。目前激光视觉传感是最有发展前景的
焊缝跟踪传感方式之一，倍受人们的青睐，并逐步在焊接生产中推广应用。激光视
觉传感器与焊枪跟踪机构固定连接在一起，传感器安装在焊枪的前方，用于检测焊
缝位置信息。传感器将图像信息传送给图像采集系统，并经图像处理获取焊缝位置
信息，将焊枪位置与该焊缝位置作比较，计算出焊枪偏离焊缝的偏差，即焊缝偏差，
利用这一偏差作为反馈给控制器来调整跟踪机构，使焊枪始终对准焊缝，实现焊缝
跟踪的目的。

采用这种传感器方式进行焊缝跟踪控制，由于传感器与焊枪固定在一起，且传感器
检测位置超前焊枪一定的距离，如果直接将传感器检测到的位置来计算焊缝偏差，
并用这个偏差来调整焊枪，当焊缝比较平直时，该方法对跟踪精度影响不大，当焊
缝为斜线或弯曲线时，则误差很大，根本无法保证准确跟踪。出现这个问题的原因
是误将检测得的偏差当作实际(真正)焊缝偏差来处理。

目前已有计算实际焊缝偏差的方法(如蒋力培在《焊接学报》(1998,Vol.19,No.3:184-
189)上发表的“传感器超前检测式焊缝自动跟踪系统的控制模型”，)但是，仅仅依
靠这种单一的反馈来控制焊枪会产生滞后控制的不良后果，影响跟踪的精度。

发明内容

本发明针对现有焊缝自动跟踪方法依靠单一反馈来控制焊枪产生滞后控制，影响跟
踪的精度这一不足，提供一种激光视觉传感焊缝自动跟踪系统，在传感器检测位置
超前焊枪的情况下，它可以计算出焊枪实际焊缝偏差，同时可以预测下一步焊缝的
走向，大大提高焊缝跟踪精度和效果。本发明的技术方案为：

一种激光视觉传感焊缝自动跟踪系统，包括计算机、焊枪、视觉传感器、图像采集
单元、运动控制单元和驱动单元，视觉传感器、图像采集