摘 要：焊缝跟踪技术是智能焊接机器人的关键技术之一。本文以焊缝跟踪技术的专利申请为主线，着重分析了焊缝跟踪技术的各阶段发展现状，指出基于视觉传感器的焊缝跟踪是未来发展的主要趋势，而视觉传感器、图象处理方法和自动控制技术将是焊缝跟踪技术专利布局的核心。
　　关键词：焊缝跟踪；视觉传感器；专利
　　目前，国内外已有大量焊接机器人应用于各类自动化生产线上。在机器人自动焊接时，为克服不确定因素对焊接质量的影响，提高机器人工作的可靠性，需要机器人能够在线实时调整位姿，确保焊枪对中焊缝中心，保证焊缝成形质量。另外，对于一些特殊场合，如水下、核辐射等环境，更加需要机器人能够准确的跟踪焊缝信息。因此，焊缝跟踪已成为自动化焊接的关键技术。本文旨在从专利申请的角度分析国内外焊缝跟踪技术的各阶段发展现状以及趋势。
　　1 概况
　　焊缝跟踪技术是指在焊接时检测出焊缝偏差，调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量[1]。焊缝跟踪装置是焊缝跟踪技术的核心，主要是由传感器和随动机构组成，它是以电弧相对于焊缝中心位置的偏差作为被调量，焊炬位移量为操作量的闭环控制系统。在整个闭环系统中，传感器起着非常重要的作用，它决定着整个系统对焊缝的跟踪精度。目前，按照传感器测量类型主要分为三类：机械式、基于电或磁的非接触式、以及基于光学的非接触式，这三类装置的专利申请在德温特世界专利索引数据库（DWPI）中的分布情况如图1所示，其中，基于光学的非接触式传感器所占比例较大，是当前技术发展的主要趋势。
　　2 焊缝跟踪技术的起步
　　在中国专利文摘数据库（CNABS）中检索到最早有关焊缝跟踪装置的专利是“申请号为CN85106473、申请日为1987年8月29日、申请人为松下电器产业株式会社，名称为焊接坡口截面积检测装置”[2]，该发明采用的技术方案是：首先将光点投射于工件上，利用光学传感器在上述工件上成直角地扫描上述光点，检出并记忆每一扫描单位节距的从传感器至焊接坡口间的距离，将该记忆数据变换为以焊接工件母材面为基准的距离数据，求出每一扫描节距的总和，并于此乘以比例系数，最终能高精度高速度的检出坡口截面积。同时，检索到国内申请人最早申请的焊缝跟踪装置专利是“申请号为CN91212019.3、申请日为1990年12月31日，申请人为国营七一零厂，名称为气动式坡口焊跟踪装置”[3]，该发明装置采用机械跟踪轮进行焊缝跟踪，由跟踪轮升降压紧机构、焊丝、跟踪轮同步摆动机构、摆动部分锁紧机构以及焊丝倾角调整机构组成。
　　检索发现，在焊缝跟踪装置发展初期，中国专利的申请人主要是日本和德国的公司，技术集中在焊缝坡口形状和中心线位置的自动检测上，尚未形成完整的和自动化的焊缝跟踪系统。而国内的焊缝跟踪研究起步较晚，内容集中在机械式的焊缝跟踪上，同期与国外相比差距较大。
　　3 焊缝跟踪技术的发展
　　在焊缝跟踪装置的发展时期，国内陆续出现了基于电或磁的非接触式焊缝跟踪装置的专利申请。申请号为CN00234990.6，发明名称为非接触式焊接自动跟踪调节装置，该发明采用电涡流传感器、信号处理系统和执行驱动部件构成。该装置是以电涡流传感器作为焊炬中心与焊缝偏差数据的检测，由信号处理系统进行逻辑处理和输出指令，最终由执行驱动部件调整焊枪位置直到无偏差，整个装置实现自身闭环[4]。该装置有效地避开了焊接的辐射、电磁和温度变化的影响，较好地适应了焊接恶劣环境，焊接精度和可靠性有了保障。
　　此外，领导未来焊缝跟踪装置发展的是基于光学的非接触式传感器。检索发现，在基于光学的非接触式传感器中，尤以视觉传感器最为突出，国内外对此技术也申请了大量专利。申请号为CN201310375369.6，发明名称为基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法[5]，该发明的技术方案是采用CCD摄像机并通过触发采样方式准确获取每个电弧旋转周期内，电弧旋转到坡口左右位置的焊接图像，并快速检测两幅图的电弧、左右坡口位置来获取焊缝偏差。该发明获取焊缝偏差的效率高，准确可靠，且可克服坡口底部变化和电弧电信号易受干扰的影响。
　　4 焊缝跟踪装置的展望
　　从最初的机械式开始，一直到现在流行的基于视觉传感器的焊缝跟踪装置，国内申请人陆续在中国申请了越来越多的专利。未来，视觉传感器、图象处理方法和自动控制技术将是焊缝跟踪的三个核心，以后的研究和专利布局也将围绕着这三个关键技术来展开，这也标志着智能焊接机器人的大规模应用即将到来。
　　参考文献：
　　[1]曾松盛，石永华，王国荣.基于电弧传感器的焊缝跟踪技术现状与展望[J].2008，137（02）：1-5.
　　[2]松下电器产业株式会社.焊接坡口截面积检测装置. CN85106473A[P].1987-03-18.
　　[3]国营七一零厂.气动式坡口焊缝跟踪装置.CN2089386U[P]， 1991-11-27.
　　[4]曾维尔.非接触式焊接自动跟踪调节装置.CN2437447Y[P]， 2001-07-04.
　　[5]江苏科技大学.基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法.CN103464869A[P].2013-08-26.

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