激光焊缝跟踪系统手册

SC-NH1螺旋焊管激光自动跟踪系统的应用

自动亿技术　５ｌ＼　

ＳＣ—ＮＨ　１螺旋焊管激光自动跟踪系统的应用　

王　蕊　

（胜利钢管有限公司，山东淄博２５５０８２）　

摘要：为了在螺旋焊管焊接的动态过程中实现自适应控制和智能控制，确保焊接过程的稳定性，提高焊接　

质量和焊接自动化水平，胜利钢管有限公司在螺旋焊管生产线上采用了ＳＣ—ＮＨ１激光自动跟踪系统。介绍了该自　

动跟踪系统的特点、构成、工作原理及过程等。该系统投入使用后获得较好效果，使焊接生产实现了自动化、智　

能化。　

关键词：螺旋焊管；焊接过程；自动跟踪；激光　

中图分类号：ＴＧ３３３。９３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－２３１１（２００７）０４－００５１－０３　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＣ—ＮＨ　１　Ｓｐｉｒａｌ　Ｗｅｌｄ　Ｐｉｐｅ　Ｌａｓｅｒ　Ａｕｔｏ—ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｗａｎｇ　Ｒｕｉ　

（Ｓｈｅｎｇｌｉ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｉｐｅ　Ｃｏ。，Ｌｔｄ．，Ｚｉｂｏ　２５５０８２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｅｎｇｌｉ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｉｐｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｈａｓ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ａ　ＳＣ—ＮＨ　１　ｓｐｉｒａｌ　ｗｅｌｄ　Ｐｉｐｅ　Ｌａｓｅｒ　ａｕｔｏ—ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

ｏｎ　ｉｔｓ　ｓｐｉｒａｌ　ｗｅｌｄ　ｐｉｐｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｉｎ　ａ　ｂｉｄ　ｔｏ　ｍａｔｅｒｉａｌｉｚｅ　ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｕｒｉｎｇ　

ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｐｉｒａｌ　ｗｅｌｄ　ｐｉｐｅ　ｔｏ　ｋｅｅｐ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　

ｗｅｌｄｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ。Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｈｅｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｃｏｒｎ—　

Operator Manual

VistaWeld Laser Tracking System

VistaWeld 激光跟踪系统

Operator Manual

操作手册

Spiral Pipe Mill Applications

应用于螺旋焊管生产

October 2008

Version 3.5 Meta Vision Systems Ltd

Oakfield House

Oakfield Industrial Estate

Eynsham

Oxfordshire

OX29 4TH

United Kingdom

Tel: +44 (0) 1865 887900

Fax: +44 (0) 1865 887901

E-mail: support@

Website:

VistaWeld Operator Manual

(C) Meta Vision Systems 2006 1

Foreword

前言

This manual describes the operation of the Windows-based VistaWeld Dual Laser Seam Tracking

System for Spiral Pipe Mills.

本手册将介绍基于Windows的Vistaweld双激光焊缝跟踪系统在螺旋焊管生产中的应

用。

Meta Vision Systems Ltd. has made every effort to ensure that the information presented in this user

manual is correct. If you have any comments on the manual, please send them to us on the form at

机器人激光焊接如何减少飞溅【秘籍】

如何解决焊接机器人焊接时出现的焊偏咬边飞溅过多等问题。

什么是激光焊缝跟踪？

主要由激光焊机、激光3D智能传感器和机器人（运动控制系统）。利用激光3D焊缝跟踪传感器的三角反射式原理，得到激光扫描区域内各点的位置信息，通过软件算法完成对常见焊缝的在线实时检测。设备通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由运动执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现对焊接过程中焊缝的智能实时跟踪。实现无人化焊接。

什么是焊接机器人？

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

焊接机器人焊接过程中可能会出现的问题

① 出现焊偏问题：可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。

这时，要考虑 (焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。

② 出现咬边问题：可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整。

③ 出现气孔问题：可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的

调整就可以处理。

④ 飞溅过多问题：可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。

焊缝跟踪系统焊接机器人工作优势：

● 能够稳定提高焊接质量，受人为因素较少，参数一致。

● 提高生产效率。

● 焊接精度高，实时监测。

● 降低了对操作者的焊接技术要求，提高了用工环境。

焊缝跟踪传感器具体型号参数

●可跟踪 0.1mm 宽度缝隙，可达 0.04mm 跟踪精度支持多种焊缝类型，以保安全焊接和焊缝

嘉强 BW250 8KW激光加工头用户手册说明书

BW2508KW激光加工头用户手册前言感谢您选择本公司的产品！上海嘉强自动化技术有限公司成立于2009年，拥有智能激光加工头、智能软件、智能硬件、激光制造综合解决方案等产品线，致力于提供专业的激光制造应用综合解决方案、包括激光切割、焊接、熔覆、打标等，全心全意为激光设备集成商和用户提供一站式服务。注意建议每一位与本产品有关的工作人员（维修、操作、日常维护、定点检查人员）都要阅读这本说明书；操作者应具备相关的技术培训，或有专人指导；如果您能遵循说明书中的提示，不仅可以避免危险事故，降低维修费用，减少停机检修时间，还可以提高机器的工作效率和使用寿命；说明书应保存好以供随时查阅版本本手册所记载的信息一旦更改并不另行通知。在此谨表歉意！产品保证Empower公司保证这款产品没有任何材质和加工上的缺陷，保质期为一年，从Empower公司运抵产品之日起计算。在保质期内，Empower公司将会负责维修、替换被确认的缺陷产品。V1.1上海嘉强自动化技术有限公司©版权所有3|25

BW2508KW激光加工头用户手册目录前言......................................................................................................................................................21.产品概述............................................................................................................................................41.1结构简图如下：.......................................................................................................................41.2产品尺寸...................................................................................................................................61.3产品相关技术参数列表：.......................................................................................................62.产品配置及选型................................................................................................................................72.1光纤接口...................................................................................................................................72.2准直镜聚焦镜保护镜(光钎配置或半导体配置).......................................................72.2.1光钎配置........................................................................................................................72.2.2半导体配置.....................................................................................................................72.3CCD连接组件...........................................................................................................................82.4焊接保护气刀组件..................................................................................................................83.激光头连接及水冷气刀保护............................................................................................................83.1光纤插拔...................................................................................................................................83.2水管和气管连接....................................................................................................................103.2.1水冷接口.......................................................................................................................103.2.2保护气体接口..............................................................................................................104.保护镜片更换及清洁......................................................................................................................114.1保护镜的更换.........................................................................................................................114.2保护镜的清洁.........................................................................................................................11V1.1上海嘉强自动化技术有限公司©版权所有4|25

焊缝跟踪器Meta-2007

1Meta Vision Systems

世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商

/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商󰂄创建于1984年

󰂄专业的激光焊缝跟踪和智能控制系统制造

商

󰂄产品遍布世界各地

󰂄与国际知名焊接公司合作

󰂄与国内焊接自动化公司合作，将激光焊缝

跟踪系统应用于各个行业的焊接生产中公司简介

2/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商󰂄提高质量，保证质量一致性

󰂄提高生产率(减少示教和装配时间)

󰂄降低废品率

󰂄降低产品加工和夹具制造成本

󰂄提高焊接自动化水平应用激光焊缝跟踪系统的优点

/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Meta视觉系统公司/

Meta Vision Systems

󰂄Laser Probe

󰂄用于焊接自动化专机的焊缝跟踪

󰂄Laser Pilot

󰂄用于各种型号焊接机器人的焊缝寻位和跟踪

󰂄VistaWeld

󰂄复杂焊缝的焊缝跟踪

󰂄焊后超声探伤

󰂄螺旋焊管

󰂄SCOUT—五条纹激光跟踪系统

3/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Meta视觉系统公司/

Meta Vision Systems

󰂄激光焊缝跟踪系统适用的焊接方法

/welding methods that can be used:

󰂄TIG/钨极氩弧焊

󰂄GMAW (MIG, MAG)/熔化极气体保护焊

󰂄Plasma/等离子弧焊

󰂄激光焊接/Laser Beam Welding

󰂄激光电弧复合焊接/Laser –arc hybrid welding

󰂄SAW / 埋弧焊

/~rdc世界领先的激光焊缝跟踪系统制造商Meta视觉系统公司/

关于焊缝跟踪传感器发展原理优势特性应用等的详细介绍

1 激光焊缝跟踪传感器详细介绍

一．激光焊缝跟踪技术概念与原理

1. 激光焊缝跟踪技术的概念

焊缝跟踪传感器主要由CCD相机、激光器、光学原件和中央处理器组成，利用光学传播与成像原理，得到激光扫描区域内各个点的位置信息，通过复杂的程序算法完成对常见焊缝的在线实时检测。对于检测范围，检测能力以及针对焊接过程中的常见问题都有相应的功能设置。传感器通常以预先设定的距离(超前)安装在焊枪前部，因此它可以观察焊缝传感器本体到工件的距离，也就是安装高度取决于所安装的传感器型号。当焊枪在焊缝上方正确的定位后才能使得摄像机观察到焊缝。设备通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由运动执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现与机器人控制系统实时通讯跟踪焊缝进行焊接，就等于是给机器人装上眼睛。手工或半自动焊接是依靠操作者肉眼的观察和手工的调节来实现对焊缝的跟踪。对于机器人或自动焊接专机等全自动化的焊接应用，主要靠机器的编程和记忆能力、工件及其装配的精度和一致性来保证焊枪能在工艺许可的精度范围内对准焊缝。通常，机器的重复定位精度、编程和记忆能力等已能满足焊接的要求。然而，在很多情况下，工件及其装配的精度和一致性不易满足大型工件或大批量自动焊接生产的要求，其中还存在因过热而导致的应力和变形的影响。因此，一旦遇到这些情况，就需要有自动跟踪装置，用来执行类似于手工焊中人眼与手的协调跟踪与调节的功能。

代替人眼

2

2. 激光焊缝跟踪原理

博智慧达激光激光焊缝跟踪传感器采用激光三角反射式原理：激光束被放大形成一条激光线投射到被测物体表面上，反射光透过高质量光学系统，被投射到成像矩阵上，经过计算得到传感器到被测表面的距离（Z轴）和沿着激光线的位置信息（X轴）。移动被测物体或轮廓仪探头，就可以得到一组三维测量值。所获得的信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测并将信息实时传递到机械手单元，完成各种复杂焊接，避免焊接质量偏差，实现无人化焊接。

自动焊缝跟踪系统的设计与实现

摘要: 本文介绍了一种基于旋转电弧传感器的焊接机器人系统。系统采用惯量小，成本低，灵活性大的新型十字滑块系统作为机械传动机构；旋转电弧传感器的位置精度高，焊缝偏差小，使用各类焊缝类型；配合步进电机完成整个系统位移单元的传动，并进行位置伺服。环境预检测系统完成工作环境的检测，确保系统的安全运行，DSP主控系统完成整个系统的管理和控制，并设计了包括软件保护，机械限位保护，报警保护，电源管理保护在内的各种保护措施。为了方便系统的维护和升级，预留了标准的串口和以太网接口，可以方便对系统进行扩展升级。

关键词：焊缝跟踪；旋转电弧传感器；位置伺服；十字滑块

1项目背景 ................................................................................................................................ 1

2设计要求和需求分析 ............................................................................................................ 1

3系统总指标分析 .................................................................................................................... 2

3.1 系统静态指标 ............................................................................................................... 2

半导体激光器在CCD焊缝跟踪系统中的应用

第３２誊第３期　２００２年３月　奄晖拽　

Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｗｄｃｉ￣Ｍａｃｈｉｎｅ　ＶｏＬ３２　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２００２　

固俯趿　圈盈＠＠画　舀　

脑髓恩缩口０Ｄ回应皿　

胡铁军，王克争，陈新征，何方殿　

（清华大学机械工程系，北京１０００８４）　

Ｔｈｅ　ａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＣＣＤ　Ｓ＠８１１Ｉ－ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

ＨＥ　Ｔｉｅ－ｊａｎ，ＷＡＮＧ　Ｋｅ—ｚｈｅｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｘｉｎ－ｚｈｅｎｇ．ＨＥ　Ｆａｎｇ－ｄｉａｎ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｍｇｈｕａ　Ｕｍｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｇｔｙａｃｔ：Ｔｈｅ　ＣＣＤ　ｖｉｓｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ￣ａｍ－ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　Ｕｓｕａｌｌｙ，ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　

ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋｐｉｅｅｅ　８ｔｔｔ￣ａｃｅ，ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｓｏｌｖｅｄ　ｂｙ　ｗｉｎｇ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ，ｒｇｃｅｉｘｆｉｎｇ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ　Ｉ。ｇｈ１　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｂｅ・　ｔｗｅｅｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｋｌｅ　ｎｏｉｓｅ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｏｏ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ；ＣＣＤ；ｓｅａｍ－ｔｒａｃｋｉｎｇ；ｓｐｅｃｋｌｅ　ｎｏｉｓｅ　

引言　

在焊接过程中使焊炬始终与焊缝对中是保证焊　

接质量的重要前提。由于ＣＣＤ视觉传感器的诸多　优点，已经被越来越广泛地用于焊缝自动跟踪系统　

焊缝跟踪原理

焊缝跟踪是一种自动化的焊接质量检测技术，主要用于对焊缝进行实时监测和记录。它采用高精度传感器对焊缝进行实时检测，将检测到的数据传输给计算机进行分析，从而实现对焊接过程的全程跟踪。焊缝跟踪技术的应用不仅可以提高焊接质量，增加产品性能，还可提高工作效率，降低生产成本。

焊缝跟踪技术的工作原理主要有两种：一种是通过激光测距仪等传感器对焊缝进行三维点云的扫描，然后通过算法处理生成二维或三维的焊缝模型，再根据焊缝模型进行数据的分析和处理。另一种是利用高速相机对焊缝进行实时图像捕捉和处理，从而实现对焊缝质量的判断。这两种方法都可以实现对焊缝进行全程监测和记录，保证焊接质量的稳定性和可靠性。

在焊缝跟踪的实际应用过程中，需要注意以下几点：

1. 焊接环境不能影响焊缝跟踪的准确性，应避免强光照射、强磁场等情况。

2. 焊接工艺参数需要根据焊缝跟踪的结果进行调整，以提高焊接质量。

3. 焊接机器人等设备需要进行定期维护和保养，以确保焊接质量的稳定性和可靠性。 4. 焊缝跟踪的数据记录和处理需要进行有效管理，以备后续分析和查询。

总之，焊缝跟踪技术的应用可以提高焊接质量和效率，是现代化生产的必备技术之一。在实际应用过程中，我们需要根据实际情况进行合理的设计和调整，以达到最佳的效果。

焊缝自动跟踪Fuzzy-PI多模控制系统研究

焊缝自动跟踪Ｆｕｚｚｙ—ＰＩ多模控制系统研究　

东北林业大学信息与计算机工程学院（哈尔滨市　

哈尔滨理工大学材料科学与工程学院（１５００４０）　１５００４０）　谭伟　张华军蔡春波刘立君　

摘要焊缝自动跟踪控制技术的研究对保证焊接质量和提高焊接效率具有很重要的意义。文中建立了基于　激光视觉传感器和可编程控制器（ＰＬＣ）焊缝自动跟踪执行系统，根据焊缝跟踪控制特点，对偏差量进行分档选择　控制模式，建立了一种模糊控制结合ＰＩ的多模控制器模型，并进行焊接跟踪试验，其平均偏差量为０．３７　ｍｍ，小于　０．５　ｍｍ满足实际焊接生产要求，设计的控制算法简单实用，超调量小，具有良好的快速性和稳定性。　

关键词：焊缝跟踪模糊控制ＰＩＤ控制　中图分类号：　ＴＧ４０２　ＴＰ２４２．２　

０前　言　

精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，在焊接　过程中应使焊枪始终对中焊缝…。由于弧焊过程中产　

生的强光、强热加上工件的热变形及其它干扰，使得实　现焊缝的精确跟踪绝非易事。文中提出的焊缝跟踪系　

统是一种前馈随动系统，没有固定的参考输入，输入量　随焊缝曲线的变化而变化，激光视觉检测到的焊缝位　

置须经转换才能得到系统的被控量，而整个焊接过程　是一个时变、多因素、非线性复杂系统＿２］。在综合考虑　

焊接偏差控制以及提高跟踪的快速性、准确性和稳定　性等方面的问题后，由于该系统采用ＰＬＣ控制，自身带　有ＰＩＤ软件模块和在线调节监控功能　，因此，文中提　

出一种模糊控制器结合ＰＩ多模控制模型，把模糊控制　和ＰＩＤ控制结合起来，从而提高了系统的快速响应和　

精度，并提高系统的稳定性。　控制算法，得到一定的控制信号，从而改变步进电机的　转动速度来调整焊枪，使其对准坡口中心，从而实现了　

实时纠偏的目的。　

口　ＰＬＣ控制器　接电源曜　

一　匡目　

工控机　

图１激光视觉焊缝跟踪系统　

１　系统组成及原理　２控制算法实现　

整体系统如图１所示，该系统主要由焊接小车、激　

光光源、ＣＣＤ传感器、工控机、图像采集卡、可编程控制　器（ＰＬＣ）、伺服机构、焊接电源、冷却水和保护气系统　