焊缝自动跟踪系统技术解析

在火花飞溅的现代化工厂里，一排排机械臂正有条不紊地进行焊接作业。与传统场景不同，这些“焊匠”不再需要工程师频繁地停机、示教、微调——它们的“眼睛”能主动寻找并牢牢锁定那道细小的焊缝。这背后，是一项名为“焊缝跟踪系统”的核心技术正悄然引发焊接领域的深刻变革。

今天，我们就以国内厂商镭烁光电的激光焊缝跟踪系统为例，深入浅出地拆解这项“让机器拥有眼睛和大脑”的核心技术。

一、 系统核心

你可以把镭烁光电的激光焊缝跟踪系统，想象成一台安装在焊枪前方的、高速工作的微型3D扫描仪。它的核心工作原理分为“感知-决策-执行”三步闭环：

1. 感知

   • 系统发射出一片精密结构的激光条纹，投射在工件表面。

   • 激光条纹遇到焊缝的坡口、台阶或间隙时，会发生明显的形状变形。

   • 系统内置的高分辨率工业相机，以每秒数百甚至上千帧的速度，快速捕捉这条变形的激光条纹。

2. 决策

   • 采集到的图像被传输至系统的视觉控制器

   • 控制器通过成熟的算法，实时从图像中提取激光条纹的中心线，并重建出焊缝截面的精确3D轮廓

   • 系统将此实时轮廓与预设的焊缝模型进行比对，瞬间计算出焊枪在高度（Z轴）和横向（X轴）上与理想位置的偏差值。

3. 执行

   • 控制器将计算出的偏差值，通过高速通信接口发送给机器人或焊接专机的控制系统

   • 机器人立即微调焊枪姿态，确保焊丝尖端始终精准对中焊缝的中心和最佳高度。

   • 整个过程在毫秒级内完成，实现了焊接过程中的动态、实时纠偏。

以镭烁光电的典型系统为例，我们可以从中看到现代激光跟踪技术的几个关键设计：

• 抗干扰的“火眼金睛”：焊接现场充斥着电弧强光、飞溅和烟尘。镭烁的系统通常采用特定波长的激光配合窄带滤光片，只允许激光本身的波段进入相机，几乎完全过滤掉电弧等干扰光，确保在恶劣工况下图像依然清晰稳定。

• 智能化的“大脑”：其控制器内置了丰富的焊缝类型识别库，能自动识别多种常见接头。更重要的是，它具备一定的“自适应”能力，例如在工件装配间隙突然变化时，能自动调整焊接参数（如电流、速度）或发出预警，而不仅仅是机械地对中。

• 紧凑坚固的“身体”：传感器头通常采用全金属封装、一体式风冷/水冷设计，能直接承受焊接区的高温、高频振动和金属飞溅的冲击，可靠性极高。

这套系统的价值远超简单的“纠偏”：

1. 寻找与初始定位：在焊接开始前，系统可引导机器人快速扫描工件，自动找到焊缝的起点，省去了繁琐的人工示教。

2. 实时跟踪与纠偏：焊接过程中，持续克服上述各类偏差，这是其核心功能。

3. 焊后质量检查（焊缝缺陷检测系统）：焊接完成后，可用同一套激光扫描已形成的焊道，测量余高、宽度等关键尺寸，实现初步的在线质量检测。

• 长焊缝焊接：如船舶甲板、箱型梁、轨道交通车体，装配误差大，人工补偿困难。

• 中厚板坡口焊接：如工程机械、压力容器，坡口加工和装配难免有不均匀，跟踪系统能保证熔深一致。

• 间歇焊与变间隙焊缝：在汽车零部件（如排气歧管）中常见，系统能自动识别焊缝的“有”和“无”，控制起弧熄弧，并适应变化的装配间隙。

• 柔性化生产线：适用于小批量、多品种的工件，通过“激光寻位”快速切换程序，大幅减少停产调试时间。