焊縫實時跟蹤技術(shù)是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點，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)電弧傳感器的實時跟蹤法，以及示教跟蹤法等。但要想將上述跟蹤方法用來對球罐全位置多層多道焊縫進行實時跟蹤，尚有以下技術(shù)難點：

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

       2) 多層焊跟蹤時，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，就難以實時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)軌焊機自動跟蹤法，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)軌焊機記憶跟蹤法雖然能達到一定的精度，但存在需要標(biāo)定起點、不能中間斷點復(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、微機測控系統(tǒng)及步進電動機驅(qū)動的滑塊機構(gòu)組成，系統(tǒng)通過CCD光電傳感器識別在球罐表面的坡口平行軌跡線，由步進電動機滑塊機構(gòu)帶動焊槍實時跟蹤焊縫。由于是依照坡口平行線實行非接觸跟蹤，在多層多道焊接的情況下也能進行重復(fù)自動跟蹤。

       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) 信號處理電路包括：驅(qū)動電路3、二值化電路2與模擬量信號處理電路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像元信號電壓變?nèi)�，此信號電壓�?jīng)過二值化電路2處理就能產(chǎn)生約5V的負脈沖電壓信號，將此負脈沖信號在模擬量信號處理電路1進行處理及D/A轉(zhuǎn)換，可以獲得一個模擬量信號電壓，以反映焊縫軌跡線與傳感器中心線間的偏差。

       圖6-6為模擬量信號處理電路原理框圖。信號處理板接收到CCD二值化信號后，由幀同步信號捕獲電路得到CCD幀同步信號，由邊緣捕獲電路得到軌跡線的左右邊緣信號。在這些信號共同作用下，通過左右邊緣計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，輸出電壓信號相應(yīng)為0～+2.5V，左偏差量大于14mm時，輸出電壓信號保持為+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，輸出電壓信號為0～-2.5V，右偏差量大于14mm時，輸出電壓信號保持為-2.5V。

       3) 系統(tǒng)采用直線型滑塊機構(gòu)來執(zhí)行光電隨動跟蹤，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。滑塊機構(gòu)由永磁式二相步進電動機驅(qū)動，采用微細步驅(qū)動器后，電動機分辨率可達5000~20000步/轉(zhuǎn)，系統(tǒng)跟蹤精度可達到±0.5mm。

光電跟蹤工作流程

       系統(tǒng)采用二級隨動跟蹤方式，當(dāng)焊接坡口平行線與傳感器中心線間有相對偏差時，首先由柔性磁輪式行走機構(gòu)對焊車位置進行粗調(diào)，然后由光電跟蹤滑塊機構(gòu)對焊槍位置進行精調(diào)。在粗調(diào)過程中，微機控制系統(tǒng)根據(jù)兩個CCD光電傳感器的測量值對焊車的左右行走電動機發(fā)出差動信號，使焊車隨動拐彎，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，微機控制系統(tǒng)根據(jù)后一個CCD光電傳感器的測量值對光電跟蹤滑塊機構(gòu)的步進電動機發(fā)出驅(qū)動信號，使焊槍隨動跟蹤坡口中心線。