焊縫實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，其技術(shù)方案主要有：基于CCD傳感器直接檢測弧焊區(qū)的視覺跟蹤法、采用接觸傳感器的記憶跟蹤法、采用旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的實(shí)時(shí)跟蹤法，以及示教跟蹤法等。但要想將上述跟蹤方法用來對(duì)球罐全位置多層多道焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，尚有以下技術(shù)難點(diǎn)：

       1) 焊接電弧強(qiáng)烈干擾，難以用視覺傳感器檢測焊接熔池實(shí)際位置。

       2) 多層焊跟蹤時(shí)，難以用上述傳感器檢測第一層焊縫之后的各層焊縫中心位置。

       3) 多道橫焊跟蹤更困難，由于是不擺逐道疊加焊，則第一道焊縫后，就難以實(shí)時(shí)檢測以后各道的焊縫位置，這包括較成熟的旋轉(zhuǎn)電弧法。

       4) 球罐焊縫是弧形曲線，若用導(dǎo)軌焊機(jī)自動(dòng)跟蹤法，導(dǎo)軌不可能與焊縫完全平行，只有采用記憶跟蹤法。研究表明，導(dǎo)軌焊機(jī)記憶跟蹤法雖然能達(dá)到一定的精度，但存在需要標(biāo)定起點(diǎn)、不能中間斷點(diǎn)復(fù)位等問題。

       為此，采用了一種用CCD光電跟蹤焊縫軌跡線的技術(shù)方案。

焊縫軌跡光電跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與功能

      如圖6-4所示，此系統(tǒng)主要由CCD傳感器、微機(jī)測控系統(tǒng)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑塊機(jī)構(gòu)組成，系統(tǒng)通過CCD光電傳感器識(shí)別在球罐表面的坡口平行軌跡線，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊槍實(shí)時(shí)跟蹤焊縫。由于是依照坡口平行線實(shí)行非接觸跟蹤，在多層多道焊接的情況下也能進(jìn)行重復(fù)自動(dòng)跟蹤。

       1) CCD傳感器結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，其組成包括：線陣CCD芯片4、透鏡6、光源8、濾光片7、鏡筒5與濾光罩9。

       2) 信號(hào)處理電路包括：驅(qū)動(dòng)電路3、二值化電路2與模擬量信號(hào)處理電路1。

       在光源8照射下，焊縫軌跡線通過透鏡6在線陣CCD芯片4表面成像，由線條影像處的CCD像元信號(hào)電壓變?nèi)�，此信�?hào)電壓經(jīng)過二值化電路2處理就能產(chǎn)生約5V的負(fù)脈沖電壓信號(hào)，將此負(fù)脈沖信號(hào)在模擬量信號(hào)處理電路1進(jìn)行處理及D/A轉(zhuǎn)換，可以獲得一個(gè)模擬量信號(hào)電壓，以反映焊縫軌跡線與傳感器中心線間的偏差。

       圖6-6為模擬量信號(hào)處理電路原理框圖。信號(hào)處理板接收到CCD二值化信號(hào)后，由幀同步信號(hào)捕獲電路得到CCD幀同步信號(hào)，由邊緣捕獲電路得到軌跡線的左右邊緣信號(hào)。在這些信號(hào)共同作用下，通過左右邊緣計(jì)量電路獲取左右邊緣量，經(jīng)鎖存器鎖存，送D/A轉(zhuǎn)換后，可以輸出一個(gè)正比于軌跡線中心偏差量大小的模擬電壓。軌跡線中心在由以CCD芯片為核心的傳感器中心左側(cè)0～14mm時(shí)，輸出電壓信號(hào)相應(yīng)為0～+2.5V，左偏差量大于14mm時(shí)，輸出電壓信號(hào)保持為+2.5V；軌跡線中心在由以CCD芯片為核心的傳感器中心右側(cè)0～14mm時(shí)，輸出電壓信號(hào)為0～-2.5V，右偏差量大于14mm時(shí)，輸出電壓信號(hào)保持為-2.5V。

       3) 系統(tǒng)采用直線型滑塊機(jī)構(gòu)來執(zhí)行光電隨動(dòng)跟蹤，其有效行程100mm，位移精度0.023mm，直線精度0.022mm，最高滑移速度350mm/s。滑塊機(jī)構(gòu)由永磁式二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用微細(xì)步驅(qū)動(dòng)器后，電動(dòng)機(jī)分辨率可達(dá)5000~20000步/轉(zhuǎn)，系統(tǒng)跟蹤精度可達(dá)到±0.5mm。

光電跟蹤工作流程

       系統(tǒng)采用二級(jí)隨動(dòng)跟蹤方式，當(dāng)焊接坡口平行線與傳感器中心線間有相對(duì)偏差時(shí)，首先由柔性磁輪式行走機(jī)構(gòu)對(duì)焊車位置進(jìn)行粗調(diào)，然后由光電跟蹤滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)焊槍位置進(jìn)行精調(diào)。在粗調(diào)過程中，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)兩個(gè)CCD光電傳感器的測量值對(duì)焊車的左右行走電動(dòng)機(jī)發(fā)出差動(dòng)信號(hào)，使焊車隨動(dòng)拐彎，直至焊車中心線與焊接坡口中心線基本一致。在精調(diào)過程中，微機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)后一個(gè)CCD光電傳感器的測量值對(duì)光電跟蹤滑塊機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使焊槍隨動(dòng)跟蹤坡口中心線。