智能焊接技术及应用 课件 第二章　智能焊接控制技术

智能焊接技术及应用传感技术概述目录Contents学习目标01传感器的构成02传感器的作用03传感器的分类04学习总结05一、学习目标明确传感器的定义及构成，理解敏感元件、转换元件和转换电路的功能，知晓部分传感器可简化构成。掌握智能焊接场景下传感器的分类，包括接触式传感、电弧传感、非接触式传感（激光寻位/跟踪）、视觉传感等。掌握传感器的核心作用，包括实时监测焊接状态、支撑闭环控制执行机构调整、通过数据分析优化焊接工艺参数。010203学习目标二、传感器的构成传感器（Transducer/Sensor）作为现代信息系统的"感官神经"，是一种能够感知外界环境或系统内部状态变化，并将这些非电学量转换为可测量、可传输电信号的精密检测装置。类似名词有变换器、变送器、探测器、换能器等。传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。组成部分定义功能实例敏感元件指传感器中能感受被测量的部分直接感知被测量（温度、压力）热电偶（温度→电压）转换元件是将传感器中敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分转换为电信号（应变→电阻变化）电阻应变片转换电路将电量参数转换成便于测量的电压、电流、频率的电量信号调理电信号（放大、滤波）交直流电桥、放大器特殊情况有些传感器很简单，最简单的传感器仅由敏感元件组成仅含敏感元件机械式焊缝跟踪传感器二、传感器的构成敏感元件敏感元件指传感器中能感受被测量的部分。感受被测量后，输出与被测量呈确定关系的某一物理量。例如，测量焊接热循环时的热电偶，将温度转换为电压，且温度与电压之间保持确定的函数关系。二、传感器的构成热电偶转换元件转换元件是传感器的关键部分，负责将敏感元件输出的物理量转化为易传输、可测量的电信号。比如应变式压力传感器中的电阻应变片，当受到应变作用时，能精准将这种力学应变转换为电阻值的变化，为后续信号处理提供基础电信号。二、传感器的构成电阻应变片转换电路转换电路是传感器信号处理的重要环节，能把电量参数转化为便于测量的电压、电流或频率信号。它通过交直流电桥、放大器、振荡器、电荷放大器等器件，对原始电量信号进行调理与转换，为后续的测量、传输和分析提供标准化的电信号支持。二、传感器的构成电路板三、传感器的作用传感器是感受被测量并获取信号的检测装置，输入物理、化学、生物等量，输出易处理的电信号，且输入输出对应精确。传感技术是智能焊接系统核心感知层，采集焊接过程参数并将非电信号转为可处理电信号，为焊接控制提供实时数据支撑。通过历史数据分析焊接缺陷规律，优化工艺参数（如电流、送丝速度）。工艺优化基于传感数据驱动焊枪、变位机等执行机构自适应调整，实现高精度轨迹跟踪。闭环控制动态获取焊接状态（如电弧稳定性、焊缝偏差、熔透深度），确保焊接质量一致性。实时监测其核心作用包括：三、传感器的作用四、传感器的分类传感器的分类表分类种类命名方法按被测物理量（输入量）位移，湿度，温度，速度，压力等“某物理量传感器”按输出量模拟式，数字式模拟式传感器，数字式传感器按工作原理结构型，物性型，复合型依赖结构特性变化，或者依赖敏感元件物理特性的变化，或者综合利用二者特性按转换原理应变，电容，电感，热电，压电“工作原理名”传感器按能量关系能量转换型，能量控制型内部的能量转换或者外部被测量的控制输出按被测物理量：分为位移传感器、压力传感器、温度传感器等。位移传感器压力传感器温度传感器四、传感器的分类按工作原理分类结构型：依赖物理结构变化检测信号（例：测速发电机利用电磁感应）。物性型：依赖材料性质变化检测信号（例：热电偶利用热电效应）。复合型：综合以上两种特性。按能量关系分类能量转换型（换能器）：无需外部供能，直接从被测对象获取能量工作（例：温度传感器）。能量控制型：需外部供能，通过被测对象控制能量输出（例：电阻/电容/电感传感器）。四、传感器的分类基于焊接场景和信号特征，智能焊接传感器技术的分类如下：分类典型技术工作原理特点与适用场景接触式传感接触寻位探针机械接触工件表面，测量几何尺寸结构简单、成本低，但易磨损，适用于粗定位电弧传感电弧跟踪分析电弧电流/电压波动反推焊缝位置无需外部传感器，抗烟尘干扰，适合窄间隙焊非接触式传感激光寻位/跟踪激光束反射信号解析（三角测量、FMCW、ToF）高精度（微米级）、适应复杂几何，但成本较高视觉传感视觉跟踪工业相机捕捉熔池图像，结合AI算法识别焊缝特征信息维度丰富，但受光照、飞溅影响显著四、传感器的分类五、学习总结四类跟踪分类思路三大任务传感器构成学习总结传感器＝敏感元件＋转换元件＋转换电路，将非电量转成易测电信号。按被测物理量、工作原理（结构/物性/复合）、能量关系（转换/控制）等。在智能焊接中，传感器完成实时监测、闭环控制、工艺优化三大任务。焊接现场常用四类传感：接触寻位、电弧跟踪、激光跟踪、视觉跟踪，各具成本与场景差异。智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1、传感器在智能焊接系统中的核心作用相当于人体的（）。A.运动神经B.感官神经C.中枢神经D.交感神经答案：B解析：传感器的核心作用是感知焊接过程中的各类信息（如工件位置、接触力、温度等物理量），并将其转化为系统可识别的信号，为后续控制提供数据支撑。这一功能与人体“感官神经”的作用高度契合——人体感官神经负责感知外界刺激（如视觉、触觉信号）并传递给中枢神经。故答案选B课后习题2、下列属于传感器转换元件的是（）。A.热电偶B.电阻应变片C.交直流电桥D.机械式焊缝跟踪传感器答案：B解析：电阻应变片：可将机械应变（非电量）转化为自身电阻变化（电参数），仅承担“非电→电”转换核心环节，是典型转换元件；故答案选B。课后习题3、按被测物理量分类，温度传感器的命名方法是（）。A.按工作原理命名B.按能量关系命名C.直接以物理量命名D.按输出信号类型命名答案：C解析：“温度传感器”的核心功能是检测“温度”这一物理量，名称与被测物理量完全一致，故答案选C；课后习题4、在智能焊接中，电弧传感的主要特点是（）。A.高精度（微米级）、成本高B.结构简单、易磨损C.无需外部传感器、抗烟尘干扰D.信息维度丰富、受光照影响大答案：C解析：电弧传感直接利用焊接电弧本身，无需额外加装外部传感器，简化系统结构；同时，焊接环境中烟尘较多，电弧信号受烟尘影响小，抗干扰能力强，符合其核心特点，故答案选C；课后习题5、下列属于能量转换型传感器的是（）。A.压电传感器（利用压电效应发电）B.电阻式传感器（依赖外部电源）C.电感式传感器（需激励电源）D.电容式传感器（需外部能量）答案：A解析：利用压电效应，当受到外力作用时，自身可直接将机械能转换为电能（发电），无需外部电源，完全符合能量转换型传感器的定义，故答案选A；习题6、以下属于按被测量分类的传感器有（）（多选）​A.温度传感器​B.压力传感器​C.电容式传感器​D.光电传感器​答案：AB​解析：温度传感器用于测量温度，压力传感器用于测量压力，是按照被测量进行分类的。电容式传感器是按工作原理分类，光电传感器也是基于工作原理（光电效应）分类，所以选AB。习题7、传感器的主要特性包括（）​（多选）A.灵敏度​B.线性度​C.稳定性​D.分辨率​答案：ABCD​解析：灵敏度表示传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值；线性度指传感器输出与输入之间的线性程度；稳定性是指传感器在一定时间内保持其性能的能力；分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化量。这四个都是传感器的主要特性，所以全选。智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01接触寻位02激光寻位应用03一、学习目标深度掌握接触寻位核心原理，熟知其通过机械探头检测物理量确定工件坐标的机制。学习目标精准理解各类传感技术的应用场景，如接触寻位在复杂工件定位中的应用；明晰其系统组成，像机械探针、信号采集等模块；熟悉关键技术，比如压阻式、电容式传感器原理。全面了解数据采集技术在多传感器融合与焊接智能化中的关键作用，认识其对提升焊接质量和自动化水平的重要性。0204熟练对比不同传感技术的优缺点及适用场景，能依据实际情况合理选择技术。0103二、接触寻位定义基于机械接触的粗定位方法，通过探针或传感器直接接触工件表面。通过机械探头的位移反馈或压力信号，检测与物体接触时产生的力、压力、振动等物理量，并将其转化为电信号或数字信号，确定工件表面的空间坐标，适用于复杂工件或恶劣环境下的初步定位。包括高灵敏度、良好的柔韧性和可定制性，能适应不同形状和材质的工件表面。核心原理特点​​二、接触寻位（1）接触式测量原理机械探针触发机制：探针接触工件表面时触发微动开关或压电传感器，生成电信号并记录接触点坐标。探针位移（Δd）与接触力（F）的关系式F=k∙∆d，其中，k为探针弹簧刚度系数（通常为0.1-1N/mm）坐标转换算法：通过机器人运动学模型将探针接触点坐标转换为工件坐标系下的位置。1.技术原理与系统组成二、接触寻位（2）系统核心模块机械探针模块探针类型：球形探针、柱形探针、定制化探针。触发方式：机械式、应变片式、压电式。信号采集模块高精度编码器记录机器人关节角度；数据采集卡实时捕获探针触发信号。控制与反馈系统通过EtherCAT总线传输位置数据至PLC或机器人控制器，响应时间<50ms；生成焊枪初始路径规划，定位精度通常为±0.5-1mm。二、接触寻位（3）典型触觉传感器原理工作原理：基于弹性体材料电阻率随压力变化的特性，外力作用使弹性体形变，引起电阻改变，从而将机械刺激转换为电信号。材料构成：柔性压阻式传感器由弹性体聚合物和导电材料组成。前者提供形变能力，其性能与制备工艺等相关；后者是关键材料，影响传感器电学性能，多为导电填料材料。性能特点：具有工艺简单、成本低、灵敏度高的优势，但易受环境因素干扰。压阻式触觉传感器二、接触寻位

依据电容变化检测受力信息，外力作用使两极板间相对位置或介质厚度改变，进而导致电容值变化。根据平行金属板电容公式C=εS/d，改变电容C有三种方法，即改变介电常数ε、有效面积S、极板间距离d，得到电参数的输出为电容值的增量∆C。工作原理电容变化方式与类型二、接触寻位电容传感器有三种类型：变极距型、变面积型、变介电常数型。变极距型变面积型变介电常数型性能特点：

具有温度稳定性好、响应时间短、迟滞性小的优点，但存在负载能力差、易受电磁干扰的不足。二、接触寻位压阻式触觉传感器二、接触寻位2.关键技术类型与性能对比接触寻位技术分类：可分为单点触发式寻位和连续扫描式寻位；工作原理：探针沿预设路径移动，接触工件表面时触发信号并记录单点坐标。技术特点：结构简单，成本低。适用于平面或规则曲面的粗定位，精度±1mm。单点触发式寻位工作原理：探针沿工件表面连续滑动，通过位移传感器实时采集轮廓数据。技术特点：可获取多点连续坐标，精度提升至±0.2mm。连续扫描式寻位二、接触寻位触觉传感器主要用于在具有公差的工件上查找正确的焊缝位置。通过编程菜单“触觉传感器”将最多四个灵活查找例行程序集成在顺序程序中。自动为每个查找例行程序生成焊接参数表和以“SEARCH1,SEARCH2…”命名的程序以及所需的变量说明。二、接触寻位在运行指令中使用变量取代常规点号。在插入和编程传感器例行程序时，用起点编号的数值进行说明。之后调用相应的子程序（比如CALL_SEARCH1）。二、接触寻位定义查找例行程序，在考虑需要执行的查找情况下，在对话框“WHENPAR”中输入所需的参数，通过应用定义自动生成程序（子程序）以及包含相应名称(SERACH1,SEARCH2,…)的焊接参数表。如果希望编程新查找例行程序，如编程菜单“触觉传感器”项号⑥所示，首先，选择恰当的查找例行程序。在遵守所输入参数的情况下，生成新的查找，并输入到流程中。将变量“STP”设置为相应起点编号的数值。二、接触寻位视频来源：/video/BV11MDfYgEro/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=37676f899c88a6610f2f50eb1e23a774三、学习总结未来展望技术选择要点特点与场景原理回顾学习总结接触寻位基于机械接触，通过机械探头的位移反馈或压力信号，将接触时产生的力、压力、振动等物理量转化为电信号或数字信号，进而确定工件表面的空间坐标。在选择传感技术时，需要综合考虑精度、成本、环境适应性与实时性。接触寻位具有高灵敏度、良好柔韧性和可定制性的特点，能适应不同形状和材质的工件表面，适用于复杂工件或恶劣环境下的初步定位。在实际操作中，触觉传感器可用于在有公差的工件上查找正确的焊缝位置。传感技术未来将朝着多传感器融合、人工智能与数据驱动的方向发展。多传感器融合可综合多种传感器的优势，提高检测的准确性和可靠性；人工智能与数据驱动技术将进一步提升传感技术的智能化水平，实现更高效、精准的检测和控制。智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1.下列哪种不是电容传感器的类型（）

A.变极距型 B.变面积型C.变电阻型 D.变介电常数型答案：C解析：电容传感器的三种明确类型为变极距型、变面积型、变介电常数型，不存在“变电阻型”这一类别，故答案选C。课后习题2.接触寻位的定位精度通常为（）±0.1-0.2mmB.±0.2-0.5mmC.±0.5-1mmD.±1-2mm答案：C解析：“控制与反馈系统”接触寻位“定位精度通常为±0.5-1mm”，A、B选项精度高于实际值，D选项精度低于实际值，因此正确答案为C。课后习题3.柔性压阻式传感器的组成材料不包括（）弹性体聚合物半导体材料导电材料以上都不是答案：B解析：“柔性压阻式传感器由弹性体聚合物和导电材料组成”因此正确答案为B。课后习题4.接触寻位系统的核心模块包括（）（多选）机械探针模块信号采集模块控制与反馈系统激光发射模块答案：ABC解析：机械探针模块、信号采集模块、控制与反馈系统三大核心模块，激光发射模块属于激光寻位相关组件，不属于接触寻位系统，因此正确答案为ABC。课后习题5.接触寻位技术的特点有（）（多选）A.高灵敏度

B.良好的柔韧性

C.可定制性

D.不受环境因素干扰答案：ABC解析：接触寻位“包括高灵敏度、良好的柔韧性和可定制性，能适应不同形状和材质的工件表面”；同时提到其包含的压阻式传感器易受环境因素干扰，说明接触寻位技术整体并非“不受环境因素干扰”，D选项错误，故答案为ABC。课后习题6.在接触寻位编程中，不能用变量取代常规点号来使用运行指令。（）答案：错误解析：“在运行指令中使用变量取代常规点号”，与题干“不能用变量取代”的说法相反，故该判断错误。课后习题7.接触寻位中，机械探针触发机制是探针接触工件表面时触发微动开关或（），生成电信号并记录接触点坐标。答案：压电传感器解析：“机械探针触发机制：探针接触工件表面时触发微动开关或压电传感器，生成电信号并记录接触点坐标”，据此可确定答案为压电传感器。课后习题8.分别说明单点触发式寻位和连续扫描式寻位的工作原理及技术特点。答案：压电传感器解析：单点触发式寻位：工作原理为探针沿预设路径移动，接触工件表面时触发信号并记录单点坐标；技术特点是结构简单，成本低，适用于平面或规则曲面的粗定位，精度±1mm。连续扫描式寻位：工作原理为探针沿工件表面连续滑动，通过位移传感器实时采集轮廓数据；技术特点是可获取多点连续坐标，精度提升至±0.2mm。课后习题9.接触寻位中，压阻式触觉传感器的工作原理是（

）。A.基于电容值随压力变化B.利用弹性体电阻率随压力变化C.通过激光三角测量D.依赖超声波回波分析答案：B解析：压阻式传感器“基于弹性体材料电阻率随压力变化的特性”，通过形变引起电阻改变，故选B。课后习题10.接触寻位技术的主要应用场景是（

）。A.高精度微电子焊接B.复杂工件或恶劣环境下的初步定位C.透明材质焊缝检测D.动态高速生产线实时跟踪答案：B解析：接触寻位“适用于复杂工件或恶劣环境下的初步定位”，不适用于高精度、透明材质或动态高速场景，故选B。课后习题11.接触寻位系统的核心模块不包括（

）。A.激光扫描头B.机械探针模块C.信号采集模块D.控制与反馈系统答案：A解析：接触寻位系统由“机械探针、信号采集、控制与反馈”组成，“激光扫描头”属于激光跟踪技术组件，故选A。课后习题12.接触寻位传感技术的优点包括（）​A.测量精度高​B.抗干扰能力强​C.适用于各种复杂环境​D.成本较低​答案：AB​解析：接触寻位传感通过直接接触测量，测量精度高，且由于是接触测量，在一定程度上抗干扰能力强；但它不适用于各种复杂环境，如高温、腐蚀性强等环境，同时一些高精度的接触式传感器成本并不低。课后习题13.接触寻位传感系统在焊接前的工作流程包括（）​A.传感器初始化​B.探针与工件接触​C.信号采集与处理​D.焊接参数设定​答案：ABC​解析：焊接前接触寻位传感系统先进行传感器初始化，然后探针与工件接触获取位置信息，接着对采集到的信号进行处理；焊接参数设定不属于接触寻位传感系统的工作流程。智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01电弧跟踪02学习总结03一、学习目标理解电弧跟踪技术基于焊接电弧物理特性，通过采集电流、电压等电信号确定焊枪与焊缝偏差并纠偏的核心原理。学习目标掌握电弧跟踪技术系统组成，熟悉摆动扫描式、旋转扫描式、脉冲电弧传感技术等关键技术及其特点。学会电弧跟踪技术在实际焊接中的操作，包括参数设置、传感器使用、焊缝跟踪修正指令运用等。0204对比电弧跟踪技术与其他传感技术，明确其在成本、精度、环境适应性等方面的优缺点及适用场景。0103定义：电弧跟踪技术是基于焊接电弧自身物理特性的主动传感技术。技术原理：是采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差，再通过闭环控制系统自动纠偏焊枪位置。技术优势：以电弧为信息载体，无需额外安装传感器，响应快、成本低、抗干扰能力强。1.技术原理与系统组成二、电弧跟踪典型轨迹偏移案例在焊接过程中，电弧长度（焊丝末端与工件距离）的微小变化会引起电流和电压的显著波动。这种非线性关系可通过数学建模表示为：其中，V0为阴极压降，L和R分别为电弧电感和电阻。电弧形态动态特征：焊接电弧的稳定性与熔池流动、气体保护效果密切相关。通过高速摄像技术可观察到电弧的收缩、扩展及摆动行为，这些形态变化为焊缝偏差检测提供了直观依据。二、电弧跟踪V_arc=V_0+L∙dI/dt+R∙I二、电弧跟踪典型电弧跟踪系统的四个关键模块：01典型公式：Vleft和Vright为焊枪摆动至坡口两侧时的电弧电压平均值030204特征提取运动控制位置解算高速数据采集优势一是无需额外安装外部传感器；二是环境适应性强，能在狭窄空间以及高温、烟尘等复杂环境下应用；三是成本较低，仅为激光跟踪系统的20%-30%。局限性一是对熔池动态变化敏感，易受送丝速度、保护气体流量等焊接参数波动的影响；二是在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限。电弧跟踪技术的优势与局限性：二、电弧跟踪二、电弧跟踪电弧传感器适用于MIG/MAG和TIG焊接，通过焊枪摆动时的焊接电流变化确定位置测量值。其焊缝跟踪依赖于精确设置的焊接工艺参数和材料曲线，可有效纠正存在公差的工件及焊接过程中因热变形产生的焊缝偏差。该技术在摆动电弧焊接中应用广泛，能适应多种焊接接头形式，具有较高的跟踪精度。应用范围材料使用范围钢主要使用铬镍钢限制使用铝不适用药芯焊丝限制使用2.关键技术类型与设备二、电弧跟踪焊缝高低跟踪通过电弧信号变化实现，焊缝对中跟踪通过电弧扫描坡口并利用调制作用获取位置信息。根据电弧扫描运动方式和信号处理策略的不同，可分为三类：摆动扫描式电弧跟踪01旋转扫描式电弧跟踪02脉冲电弧传感技术03二、电弧跟踪（1）摆动扫描式电弧跟踪摆动扫描式电弧跟踪技术特点：

焊枪以5-15Hz频率横向摆动，依据两侧电弧长度差异判断偏移方向。驱动电弧摆动的方式：

驱动电弧摆动有波浪形焊丝、驱动导电嘴摆动、驱动焊枪整体摆动等方式。波浪形焊丝形成原理导电嘴弧形摆动焊枪焊枪整体摆动的结构原理图二、电弧跟踪（2）旋转扫描式电弧跟踪摆动与旋转对比：驱动电弧摆动因机械惯性，摆动频率一般低于10Hz；驱动电弧旋转时电机连续转动，频率可达100Hz以上，适用于高速焊接，可通过相位差分析偏差实现全位置焊接跟踪。电弧旋转实现方式：机械驱动电弧旋转主要有导电杆圆柱转动和圆锥转动两种方式，前者通过焊丝导出孔偏置实现，后者由齿轮带动导电杆圆锥转动实现。圆柱转动圆锥转动（3）脉冲电弧传感技术技术概述与优势：磁控电弧技术是电弧跟踪新方向，通过周期性变换磁场使电弧偏转，利用脉冲焊接特性计算熔池参数，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强，脉冲频率和占空比需依材料和焊接速度调整。横向旋转磁场形成机理：励磁装置由6个磁柱、励磁线圈和水冷腔组成，采用三相单六拍供电，利用高频信号调制载波，通过改变高频调幅信号占空比调节励磁电流。二、电弧跟踪旋转磁场发生装置二、电弧跟踪使用电弧传感器时应注意事项：

焊接电源：应选用平外特性电源，保证电流稳定，减少电弧长度变化对电流的影响。焊丝伸出长度：左右焊丝伸出长度需一致，保持在10-20mm，否则影响焊接质量和传感器性能。焊接参数设置：依据工件材料和厚度合理调整焊接电流和电压，避免焊穿或无法形成良好焊缝。焊丝对中：焊接前确保焊丝对准坡口中心，可手动调整焊枪或用定位装置。环境条件：避免强电磁干扰和机械振动，防止影响传感器性能和焊接质量。定期维护：定期检查并更换磨损的焊丝和焊枪，清理焊枪喷嘴和导电嘴上的焊渣。调试与校准：初次使用或更换焊丝后，要对传感器进行调试校准，保障电流检测和焊缝跟踪的精度。3.电弧跟踪的优势与局限性二、电弧跟踪优势：电弧跟踪技术通过直接采集焊接过程中的电流、电压信号实现实时监测，响应速度可达毫秒级；动态纠偏机制。实时性与动态响应强硬件简化、维护成本低、设备价格（5-8万元）远低于激光跟踪系统（20万元以上）。成本效益显著抗干扰能、高温耐受性。环境适应性好参数自适应、多场景适配。与焊接工艺的高度兼容性3.电弧跟踪的优势与局限性二、电弧跟踪局限性：坡口形式与焊缝类型的限制：窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差。数学模型与算法复杂度高：非线性关系建模难题、动态干扰因素。工艺参数敏感性：电流/电压匹配要求严格、摆动频率与焊接速度需协同优化。应用场景的局限性：薄板焊接适应性差、多道焊层间跟踪挑战。二、电弧跟踪横向和竖向修正同时激活，使机器人沿最短路径前往焊缝角方向，修正测定的偏离。SSPD指令在焊接轨迹前输入，对程序中所有焊缝有效，直至新指令输入。横向和竖向修正速度：动态调速过程根据SSPD指令中的数值和焊缝偏差计算修正速度。当偏差大且SSPD指令数值大时，修正速度高；反之，当偏差小，即使SSPD指令数值大，修正速度也低。4.操作案例第一个数值定义横向修正速度，方向与焊丝方向垂直。修正值从焊缝边上的两个测量点测定。若两点相同，焊枪尖位于焊缝角；不一致则存在偏离。修正在焊接角方向上进行。1.横向修正二、电弧跟踪横向修正第二个数值定义竖向修正速度，修正方向与焊丝方向一致。修正值由摆幅中心测定。为确保焊缝跟踪效果，需保持一定长度的焊丝自由端，该长度在焊接参数表中设定，称为竖向设定值。2.竖向修正二、电弧跟踪竖向修正二、电弧跟踪定义/测定竖向设定值：竖向设定值对焊接质量至关重要。焊接电压、送丝速度和焊丝干伸长需协调，通过试验焊接优化焊接参数表中的“送丝速度”和“电压/脉冲频率”参数。工件制造误差导致干伸长变化时，需调整竖向设定值以恢复理想电弧。调节时，参数改变对干伸长的影响有延迟，故需小步精调。二、电弧跟踪对焊枪方位和电弧的要求：过程类型不影响设置值，但焊接参数选择需注意电弧不完全处于熔池上且电弧长度尽可能小。电弧稳定性通常禁止大摆幅和高摆动频率同时出现，尤其在小坡口角度（如V型接口）时。位置测量次数会增加。正常位置时，焊枪在角焊缝中应沿角平分线向顶板倾斜一定角度，方位从中线到垂直，不影响焊缝引导。图倾斜角图定位角二、电弧跟踪程序编写的焊缝走向通过电弧传感器进行修正。在焊缝终点处的轨迹点只决定焊缝的长度。在焊缝跟踪中保存偏移：在焊缝跟踪过程中测得的偏移（Offset）可以保存起来，并随意用于其他焊道（填充焊道或面层焊道）。二、电弧跟踪单偏移：机器人在单偏移（S）启用的状态下驶过轨迹时，会以一定的偏移驶向所有点，偏移程度即为保存的偏移量（Offset）。偏移列表：选取一个偏移列表（M）时，机器人在焊缝跟踪中为每个点在行驶指令中保存一个偏移量。机器人用保存的偏移列表驶过轨迹时，会以一定的偏移驶向所有点，偏移程度即为为各个点保存的偏移量（Offset）。二、电弧跟踪偏移优化焊接效果对比二、电弧跟踪双丝焊时的焊缝跟踪：双丝焊过程中的焊缝跟踪与传统焊接过程一样，受相同的边界条件（定位角、电弧稳定性等）的限制。由于焊接速度较高，必须相应调整指令SSPD中的修正值。焊缝跟踪信号始终被“前置的焊丝”（在示例中是焊丝1）接收到。哪一根焊丝是“前置的焊丝”，取决于机器人焊枪的定向及其运动方向。选取双焊丝引导MASTER或双焊丝引导SLAVE，可决定由哪一根焊丝接收焊缝跟踪信号。三、学习总结2、关键技术各有特点，摆动扫描式通过焊枪摆动判断偏移，旋转扫描式适用于高速焊接，脉冲电弧传感技术抗干扰能力强。4、实际操作时要合理设置参数，注意设备维护和校准，掌握焊缝跟踪修正指令，根据焊接任务选择合适的传感技术。​1、电弧跟踪利用焊接电弧信号实现焊枪位置自动纠偏，系统由信号采集、处理和运动控制等模块组成。3、该技术优势在于成本低、环境适应性好，但存在对特定焊缝跟踪困难、受焊接参数影响大等局限。学习总结智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1.电弧跟踪技术的核心是通过采集焊接电弧的哪些电信号参数来确定焊枪与焊缝的相对位置偏差（）A.温度、湿度B.电流、电压

C.压力、振动

D.电阻、电容答案：B解析：电弧跟踪技术的原理是“采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差”，A、C、D选项中的温度、湿度、压力等均非电弧跟踪技术采集的核心电信号，故答案为B。课后习题2.电弧跟踪系统的设备价格通常仅为激光跟踪系统的（）A.5%-10%

B.50%-60%

C.20%-30%

D.80%-90%答案：C解析：电弧跟踪技术优势时明确说明“成本较低，仅为激光跟踪系统的20%-30%”，A、C、D选项的比例与课件内容不符，因此正确答案为C。课后习题3.电弧跟踪技术在使用时，焊丝伸出长度应保持在什么范围，且左右需一致（）A.5-10mm

B.10-20mm

C.20-30mm

D.30-40mm答案：B解析：“使用电弧传感器时应注意事项”部分指出“焊丝伸出长度：左右焊丝伸出长度需一致，保持在10-20mm，否则影响焊接质量和传感器性能”，A、C、D选项的长度范围不符合课件表述，因此答案为B。课后习题4.典型电弧跟踪系统的关键模块包括（）（多选）高速数据采集特征提取位置解算运动控制答案：ABCD解析：典型电弧跟踪系统的四个关键模块为“高速数据采集、特征提取、位置解算、运动控制”，四个选项均符合该表述，不存在遗漏或错误选项，故答案为ABCD。课后习题5.电弧跟踪技术的局限性主要有（）（多选）A.对熔池动态变化敏感，易受焊接参数波动影响

B.窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差

C.在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限

D.不受电磁干扰和机械振动影响答案：ABC解析：电弧跟踪技术的局限性包括“对熔池动态变化敏感，易受送丝速度、保护气体流量等焊接参数波动的影响”“窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差”“在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限”,故答案为ABC。课后习题6.脉冲电弧传感技术通过周期性变换磁场使电弧偏转，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强。（）答案：正确解析：脉冲电弧传感技术的描述为“通过周期性变换磁场使电弧偏转，利用脉冲焊接特性计算熔池参数，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强”，与题干说法完全一致，故该判断正确。课后习题7.电弧跟踪技术中，横向修正的修正值从焊缝边上的两个测量点测定，若两点相同，焊枪尖位于（）；若不一致则存在偏离。答案：焊缝角解析：课件提到“横向修正：修正值从焊缝边上的两个测量点测定。若两点相同，焊枪尖位于焊缝角；不一致则存在偏离”，直接对应题干空缺部分，故答案为焊缝角。课后习题8.简述电弧跟踪技术的定义和核心原理。答案：定义：电弧跟踪技术是基于焊接电弧自身物理特性的主动传感技术。核心原理：采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差，再通过闭环控制系统自动纠偏焊枪位置。课后习题9.电弧跟踪技术中常用的非接触式传感器有（）。​A.激光视觉传感器​B.红外传感器​C.电磁感应传感器​D.超声波传感器​答案：ABCD​解析：激光视觉传感器通过激光投射和图像采集分析焊缝；红外传感器利用红外辐射检测焊缝；电磁感应传感器依据电磁感应原理获取焊缝信息；超声波传感器通过发射和接收超声波来判断焊缝位置，它们均不与工件直接接触，属于非接触式传感器。课后习题10.电弧传感法进行焊缝跟踪的优点包括（）。​A.结构简单​B.成本较低​C.对焊接过程干扰小​D.适应各种复杂焊接环境​答案：ABC​解析：电弧传感法直接利用焊接过程中的电弧参数，无需额外复杂装置，结构简单、成本低，且不会对焊接过程造成大的干扰；但它在强光、飞溅等恶劣环境下，检测精度会受到影响，并非能适应各种复杂焊接环境。课后习题11.以下关于摆动式电弧跟踪的描述，正确的有（）。​A.通过使电弧左右摆动获取焊缝信息​B.摆动频率会影响跟踪精度​C.摆动幅度越大，跟踪效果越好​D.可用于各种焊接位置​答案：ABD​解析：摆动式电弧跟踪依靠电弧左右摆动，根据摆动过程中电弧参数变化获取焊缝信息；摆动频率合适才能保证准确获取信息，影响跟踪精度；该方法适用于多种焊接位置；但摆动幅度过大可能导致焊接质量下降，并非越大跟踪效果越好。课后习题12.下列材料中，电弧跟踪技术完全不适用的是（

）。A.钢B.铬镍钢（限制使用）C.铝D.药芯焊丝（限制使用）答案：C课后习题13.旋转扫描式电弧跟踪技术的典型摆动频率是（

）。A.5-15HzB.20-50HzC.50-100HzD.100Hz以上答案：D智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01激光寻位02学习总结03一、学习目标2、熟悉激光三角测量法、激光回波分析法等关键技术，以及结构光传感器、线激光轮廓传感器等典型设备的工作原理与特点。1、理解激光寻位基于激光传感检测物体的原理，掌握其核心组件，如半导体激光器、滤镜、图像采集装置等的作用。4、了解激光寻位在焊接、装配、检测等领域的应用，学会不同激光结构光在焊缝检测等场景的操作与应用。3、优势局限分析，能分析激光寻位在精度、测量方式、响应速度等方面的优势，以及成本、环境适应性、数据处理等方面的局限。5、关注激光寻位多传感器融合、深度学习应用等发展方向，认识其推动智能焊接发展的意义。二、激光寻位技术原理：基于激光传感，通过投射激光束并分析反射光信号，实现对物体位置、姿态、表面形貌的检测，可用于焊接过程中焊缝和工件的实时检测与定位。应用场景：能提升机器人在复杂环境中的适应性和操作精度，适用于自动化焊接、装配、检测等领域，iCSE激光传感器可用于非接触探测焊缝位置。技术特点：具有非接触式测量、高精度、实时性和抗干扰性的特点，可避免磨损干扰、实现微米级分辨率、动态反馈位置变化并适应一定环境干扰。测量方式：点激光传感可快速检测边缘和一维距离，首次识别失败时会换模板再次扫描，单次扫描可用于多层焊接等不同位置的测量。1.技术原理与核心组件核心原理：包括激光三角测量法、激光回波分析法和调频连续波（FMCW）技术，结合光学干涉、数字信号处理（DSP）算法实现高精度测量，定位精度可达微米级。（1）激光三角测量法光路设计：激光束以固定角度（通常30°-60°）投射至被测表面，反射光通过接收透镜成像于CCD/CMOS线性相机，如图所示。几何三角关系计算物体位移公式为：∆d=

∆x∙L/f∙sinθL为激光器与相机基线距离，f为透镜焦距，θ为入射角二、激光寻位（ICSE）2.关键技术类型激光三角测量传感器原理图适合远距离（250m）测量，但精度较低（±1mm），常用于大型结构件（如船舶分段）的粗定位、AGV导航、仓储物流等大场景。二、激光寻位（ICSE）

激光回波分析法传感器原理图二、激光寻位（ICSE）通过非线性频率调制实现相干检测，兼具高精度与大范围测量能力，激光频率随时间线性变化，反射信号与发射信号的频率差（Δf）与目标距离（d）成正比，公式如下所示：

其中，c为光速，df/dt为调频斜率优势在于抗干扰能力强，支持同轴光路设计，适用于深孔、复杂结构的非接触测量，重复精度可达0.01μm。（3）调频连续波（FMCW）技术d=c∙∆f/2∙df/dt（1）结构光传感器工作原理：将编码图案（如条纹、网格）投射到物体表面，通过相机捕捉变形图案，利用相位解算或三角测量重建三维轮廓。特点：支持全字段三维扫描，精度可达±0.02mm，用于逆向工程、复杂曲面检测。二、激光寻位（ICSE）3.典型设备激光回波分析法传感器原理图（2）线激光轮廓传感器工作原理：发射线状激光，通过二维相机捕获激光线在物体表面的变形轮廓，逐行扫描生成三维点云。特点：扫描速度高（≥3000profiles/s），适合动态生产线（如传送带上的零件检测）。二、激光寻位（ICSE）3.典型设备线激光轮廓传感器原理图二、激光寻位（ICSE）4.激光寻位的优势与不足优势：可达微米级甚至亚微米级精度，远超传统跟踪技术。超高测量精度避免接触损伤，适用于柔性屏、陶瓷基板等脆弱材料。非接触式测量采样频率超10kHz，能在高速生产线实时调整。快速响应与动态适应结构光技术可重建高精度三维点云，用于逆向工程和质量检测。三维建模与复杂场景适配特定波长和滤波算法可抑制环境光干扰，部分传感器强光下测距精度有保障。部分场景抗干扰性好二、激光寻位（ICSE）4.激光寻位的优势与不足局限性：硬件和维护费用远超电弧跟踪设备。成本高昂强光、反光或透明材质会使测量失效。环境敏感性三维点云处理需高性能算力，算法开发周期长。数据处理复杂部分传感器在远距离测量时误差大，无法满足大场景检测需求。远距离精度衰减需定期校准，对技术人员要求高。专业操作门槛激光视觉传感器的组成半导体激光器滤镜图像采集装置CCD或CMOS(complementarymetal-oxidesemiconductor)等部件。按照激光结构光的形式分类单线激光结构光十字线激光结构光多线激光结构光点阵激光结构光圆形激光结构光网格线激光结构光等。二、激光寻位（ICSE）PARTTWO.5.操作案例多线激光结构光：如用2条红光和1条绿光激光结构光检测薄板窄对接空间3D曲缝，如图（c）所示。二、激光寻位（ICSE）单线激光结构光：可检测带有V型坡口的之字形焊缝，提取坡口边缘点为机器人提供位置信息，如图（a）所示。十字线激光结构光：通过CCD相机连续捕捉其在工件表面的图像进行相关检测，如图（b）所示。网格线激光结构光：应用于多层多道焊接，通过算法提取特征点，计算焊缝特征点坐标，检测当前层焊缝并预知下一层焊接路径，如图（f）所示。二、激光寻位（ICSE）点阵激光结构光：投射到熔池表面，通过点阵激光变形推导熔池3D形状，如图（d）所示。圆形激光结构光：针对“点”和“线”激光视觉传感器的不足，用于搭接接头检测，能恢复多种接头深度信息，实现3D寻位，如图（e）所示。应用领域：在汽车制造焊接中用于检测焊缝位置、修正焊枪路径；在精密装配中引导机器人抓取微型零件、寻找螺栓孔等；还可检测工件表面缺陷、测量参数用于质量管控。二、激光寻位（ICSE）适用场景与局限：适用于高反光、高精度需求场景和动态环境下实时响应，但在透明、吸光材料以及强光、粉尘环境下存在信号衰减和受干扰的问题。二、激光寻位（ICSE）适用场景与局限：适用于高反光、高精度需求场景和动态环境下实时响应，但在透明、吸光材料以及强光、粉尘环境下存在信号衰减和受干扰的问题。二、激光寻位（ICSE）发展方向：未来将通过多传感器融合（结合视觉、力觉等）提升复杂场景适应性，利用深度学习优化特征识别与误差补偿，推动在中小型企业的普及。二、激光寻位（ICSE）技术意义：激光寻位技术凭借非接触、高精度等特性，成为智能焊接核心使能技术，随着技术发展，将拓展在高端制造中的应用边界，推动焊接自动化向全闭环演进。二、激光寻位（ICSE）三、学习总结操作案例与发展方向优势与局限性设备特点与应用场景技术原理与关键技术学习总结激光寻位通过投射和分析激光束检测物体，激光三角测量法等关键技术实现高精度测量，定位精度可达微米级。其优势在于精度高、非接触测量、响应快等；局限是成本高、易受环境影响、数据处理复杂等。结构光传感器可重建三维轮廓，线激光轮廓传感器扫描速度高。激光寻位适用于高精度、动态检测场景，如汽车制造焊接、精密装配等。不同激光结构光在焊缝检测等方面有不同应用。未来将通过多传感器融合和深度学习优化，拓展在高端制造中的应用。智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1.下列哪种激光寻位技术适合深孔、复杂结构的非接触测量，且重复精度可达0.01μm（）A.激光三角测量法B.激光回波分析法C.调频连续波（FMCW）技术D.点激光传感技术答案：C解析：调频连续波（FMCW）技术通过非线性频率调制实现相干检测，抗干扰能力强，支持同轴光路设计，适用于深孔、复杂结构的非接触测量，重复精度可达0.01μm；激光三角测量法精度较高但多用于常规表面测量；激光回波分析法适合远距离粗定位，精度较低（±1mm）；点激光传感主要用于快速检测边缘和一维距离，并非针对深孔复杂结构。课后习题2.下列哪种激光结构光适合用于多层多道焊接，可检测当前层焊缝并预知下一层焊接路径（）A.单线激光结构光B.十字线激光结构光C.网格线激光结构光D.点阵激光结构光答案：C解析：网格线激光结构光用于多层多道焊接，能检测当前层焊缝还能预知下一层路径；A用于V型坡口之字形焊缝，B靠相机捕图检测，D用于推导熔池3D形状，都不符合需求。课后习题3.激光回波分析法的典型精度范围和适用场景是（）A.微米级精度，适用于深孔测量B.±1mm精度，适用于大型结构件粗定位C.亚微米级精度，适用于柔性屏检测D.0.01μm重复精度，适用于复杂曲面检测答案：B解析：“激光回波分析法精度约±1mm，适合大型结构件粗定位；A是激光三角测量法特点，C不是该技术精度，D是调频连续波技术参数，故ACD错。课后习题4.激光寻位技术的核心组件包括（）（多选）半导体激光器

滤镜

图像采集装置（CCD/CMOS）力传感器数字信号处理（DSP）模块答案：ABCE解析：课件明确提到激光寻位的核心组件有半导体激光器、滤镜、图像采集装置（CCD或CMOS），且结合数字信号处理（DSP）算法实现高精度测量；力传感器属于力觉传感范畴，并非激光寻位的核心组件，故排除D选项。课后习题5.下列属于激光寻位技术优势的有（）(多选）A.可达微米级甚至亚微米级精度B.非接触式测量，避免接触损伤C.采样频率超10kHz，实时响应D.硬件和维护费用低E.能重建高精度三维点云，适配复杂场景答案：ABCE解析：激光寻位的优势包括超高测量精度（微米级甚至亚微米级）、非接触式测量、快速响应（采样频率超10kHz）、三维建模与复杂场景适配、部分场景抗干扰性好；而“硬件和维护费用低”是错误的，其成本高昂，硬件和维护费用远超电弧跟踪设备，故排除D选项。课后习题6.激光回波分析法适合远距离（250m）测量，精度可达微米级，常用于大型结构件的精确定位。（）答案：错误解析：课件明确说明激光回波分析法适合远距离（250m）测量，但精度较低（±1mm），常用于大型结构件（如船舶分段）的粗定位，而非精确定位，题干中“精度可达微米级”“精确定位”表述错误。课后习题7.结构光传感器通过将（）投射到物体表面，捕捉变形图案后利用（）或三角测量重建三维轮廓，精度可达±0.02mm。答案：编码图案（如条纹、网格）；相位解算解析：课件指出结构光传感器的工作原理是“将编码图案（如条纹、网格）投射到物体表面，通过相机捕捉变形图案，利用相位解算或三角测量重建三维轮廓”，据此可得出填空答案，其精度±0.02mm也是结构光传感器的关键参数特征。课后习题8.简述激光寻位技术在应用过程中的局限性。答案：激光寻位技术的局限性主要包括5个方面：一是成本高昂，硬件和维护费用远超电弧跟踪设备；二是环境敏感性强，强光、反光或透明材质会使测量失效；三是数据处理复杂，三维点云处理需高性能算力，算法开发周期长；四是远距离精度衰减，部分传感器在远距离测量时误差大，无法满足大场景检测需求；五是专业操作门槛高，需定期校准，对技术人员要求高。课后习题9.激光寻位技术的核心原理不包括（

）。A.激光三角测量法B.激光回波分析法C.声波反射法D.调频连续波（FMCW）技术答案：C解析：激光寻位的核心原理包括激光三角测量法、激光回波分析法和调频连续波（FMCW）技术，未涉及“声波反射法”，故选C。课后习题10.激光三角测量法的位移计算公式为Δd=∆x∙L/f∙sinθ，其中L代表（

）。A.透镜焦距B.激光器与相机基线距离C.入射角D.反射光强度答案：B解析：公式中明确“L为激光器与相机基线距离”，f为透镜焦距，θ为入射角，故选B。课后习题11.线激光轮廓传感器的典型扫描速度是（

）。A.≥3000profiles/sB.≤100profiles/sC.500-1000profiles/sD.10-50profiles/s答案：A解析：线激光轮廓传感器“扫描速度高（≥3000profiles/s）”，适用于动态生产线，故选A。课后习题12.激光寻位在多层多道焊接中常用的激光结构光是（

）。A.单线激光结构光B.十字线激光结构光C.网格线激光结构光D.圆形激光结构光答案：C解析：“网格线激光结构光应用于多层多道焊接，通过算法提取特征点并预知下一层路径”，故选C。课后习题13.激光寻位传感器在焊接过程中主要测量的参数是（）​A.焊接电流​B.焊缝位置和形状​C.焊接电压​D.保护气体流量​答案：B​解析：激光寻位传感器通过发射激光束，接收反射光来获取焊缝的位置、形状等信息，从而引导焊接设备准确进行焊接操作，而焊接电流、电压和保护气体流量并非其测量对象。智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01激光跟踪02学习总结03一、学习目标理解激光跟踪基于激光测距与定位追踪目标物体的技术原理，掌握飞行时间法、调频连续波等核心测距原理，明晰其在工业焊接等领域的应用逻辑。学习目标熟悉激光跟踪典型设备的工作原理和系统组成，像激光扫描头、高速摄像头、光学传感器及数据处理单元等组件的功能和协同机制。学会激光跟踪在焊接等场景中的操作流程，包括扫描、滤波、特征点提取和路径规划，了解激光跟踪焊接机器人各系统构成。0204对比分析激光跟踪技术的优势与不足，精准掌握其高精度、非接触测量等优点，以及成本高、环境敏感等缺点，能依据实际场景评估适用性。0103应用领域：广泛应用于工业焊接、航空航天、智能驾驶等领域。核心优势：在于非接触测量、高精度（微米级）和强抗干扰能力。技术原理：是一种基于激光测距与定位的高精度动态传感技术，通过发射激光束并接收反射信号，结合飞行时间法（ToF）、调频连续波（FMCW）或相位干涉等原理，实时追踪目标物体的三维位置、姿态及运动轨迹，反映焊缝的几何形状。二、激光跟踪（CST）1.技术原理无过程焊接功能(离线):1.位置跟踪,寻找焊道。2.静态测量侧边的绝对值和相对值，以及高度值。3.静态测量焊道的几何数据：焊道体积和宽度差距。焊接过程中的功能(在线):1.在线焊道引导补偿操作。2.焊道的起始和检测位置检测。2.以线性或离散控制的焊接参数为基础的几何测量值的视觉传感器。二、激光跟踪（CST）二、激光跟踪（CST）激光传感器的工作原理是扫描工件表面。传感器发出一束激光。一个摄像头接收从工件的表面反射的光束。在宽度从24到71毫米的范围，一个梯形光幕探测工件的表面根据传感器的类型。在焊接区内传感器得益于基本的焊道形式的数据的求值软件的支持。传感器系统的编程设计可以满足其他焊道形式和识别工作。二、激光跟踪（CST）2.关键技术类型飞行时间法（ToF）通过测量激光脉冲发射与接收的时间差（Δt）计算距离（d）：d=c∙∆t/2其中c为光速，ToF测量范围广（0.5-250m），但精度较低（±1mm），适用于动态目标粗定位。激光频率随时间线性调制，通过反射信号与发射信号的频率差（Δf）计算距离：d=c∙∆f/2∙df/dt利用激光束的干涉条纹变化检测微小位移，精度可达纳米级，但测量范围受限（<1mm），常用于精密仪器校准。调频连续波（FMCW）相位干涉法​​二、激光跟踪（CST）3.典型设备（1）工作原理：主要设备包括激光扫描头、高速摄像头、光学传感器及配套的数据处理单元。激光测距：采用激光干涉仪（如He-Ne激光）或相位式测距，精度可达±0.01mm。01动态跟踪：通过反射靶球（或合作靶标）实时反馈焊枪/工件位姿，采样频率通常≥100Hz。02闭环控制：机器人根据位姿偏差动态调整路径（如PID控制或阻抗控制）。03二、激光跟踪（CST）（2）典型系统组成焊缝跟踪设备组装和运行组件功能说明激光跟踪头发射激光并接收反射信号（如LeicaAT960支持0.5-40m测量范围）反射靶标安装于焊枪末端或工件表面（耐高温靶标可承受1500℃）控制单元实时解算六自由度（6DoF）位姿数据防护系统防尘/防飞溅设计（如气幕保护光学窗口）精度极高，测量精度可达±0.05mm，远超传统电弧跟踪技术；非接触式测量，避免干扰工件；适应性良好，能对反光、氧化或油污表面进行处理。优势成本高昂，激光传感器及配套算力设备的投入较大；对环境敏感，强环境光或烟尘会降低信号质量；实时性存在挑战，复杂算法会带来毫秒级延迟，需要优化软硬件协同来解决。不足二、激光跟踪（CST）4.激光跟踪的优势与不足二、激光跟踪（CST）5.操作案例扫描：激光传感器固定于机器人未端，基于三角测星原理获得被测物的距离信息，通过扫描焊件采集焊缝坡口的轮廓特征信息，如图（a）所示。滤波：将采集的信息输送入工控机进行滤波及平滑噪声，如图（b）所示。二、激光跟踪（CST）5.操作案例提取特征点：采用2阶导数法与线性拟合相结合的方法定位焊缝特征点的坐标，如图（c）所示。路径规划：经过标定传感器将特征点转换到焊枪坐标系下，转换成机器人的运动轨迹，机器人控制柜接收到位姿信号，驱动机器人移动来引导焊枪运动，实现焊缝的实时跟踪，如图（d）所示。激光跟踪焊接机器人构成：V形坡口工件、机器人系统、送丝焊接系统、激光视觉传感系统和计算机，如图（d）所示；工业机器人系统构成：机器人本体、示教器和控制柜；送丝焊接系统构成：焊枪、送丝机构和焊接电源；激光视觉传感构成：摄像机、激光器、激光器处理器。二、激光跟踪（CST）激光跟踪焊接机器人系统视频来源：/video/BV1uVDdYgECR/?spm_id_from=333.1391.0.0&vd_source=37676f899c88a6610f2f50eb1e23a774三、学习总结激光跟踪通过发射和接收激光信号，利用飞行时间法等原理实时追踪目标物体的三维位置和运动轨迹，在工业焊接等领域发挥关键作用。技术原理回顾典型设备由激光扫描头、高速摄像头等构成，各组件相互配合实现高精度测距和动态跟踪，系统具备防护功能以适应复杂工业环境。设备系统总结激光跟踪精度极高、采用非接触测量且适应性良好，但成本高昂、对环境敏感，实时性也面临挑战，使用时需权衡其利弊。技术优势与局限未来激光跟踪技术将致力于优化软硬件协同，降低成本、提高环境适应性和实时性，拓展在更多领域的应用，助力工业自动化发展。技术发展展望操作流程包括扫描焊件获取轮廓信息、滤波降噪、提取特征点和规划焊枪运动路径，激光跟踪焊接机器人由多个系统协同工作实现焊缝实时跟踪。操作流程梳理智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1.下列哪种激光跟踪关键技术精度可达纳米级，但测量范围受限（<1mm），常用于精密仪器校准（）A.飞行时间法（ToF）B.调频连续波（FMCW）C.相位干涉法D.激光三角测量法答案：C解析：相位干涉法利用激光干涉条纹变化检测微小位移，精度达纳米级，测量范围<1mm，适用于精密仪器校准；A测量范围广但精度低，B兼具精度与范围，D非激光跟踪关键技术，故排除A、B、D。课后习题2.激光跟踪典型设备中，反射靶标的主要功能是（）A.发射激光束并接收反射信号B.安装于焊枪末端或工件表面，实时反馈位姿C.实时解算六自由度位姿数据D.防尘、防飞溅保护光学部件答案：B解析：课件提到反射靶标安装于焊枪末端或工件表面，可实时反馈焊枪/工件位姿，耐高温型还能承受1500℃；A是激光跟踪头功能，C是控制单元功能，D是防护系统功能，均不符合反射靶标作用。课后习题3.激光跟踪焊接机器人的送丝焊接系统不包括以下哪个组件（）A.焊枪B.送丝机构C.焊接电源D.高速摄像头答案：D解析：送丝焊接系统由焊枪、送丝机构、焊接电源构成；D是激光跟踪典型设备的组件，不属于送丝焊接系统，故答案为D。课后习题4.激光跟踪技术的核心优势包括（）（多选）A.非接触式测量，避免干扰工件B.精度极高，可达±0.05mmC.能处理反光、氧化或油污表面D.成本低，软硬件投入少E.不受强环境光和烟尘影响答案：ABC解析：课件明确激光跟踪优势为非接触测量、高精度（±0.05mm）、能处理反光等表面；D和E是其不足，成本高昂且受环境光、烟尘影响，故排除D、E。课后习题5.激光跟踪焊接机器人系统的组成部分包括（）（多选）A.机器人系统（本体、示教器、控制柜）B.送丝焊接系统（焊枪、送丝机构、焊接电源）C.激光视觉传感系统（摄像机、激光器、处理器）D.反射靶标和激光跟踪头E.防护系统（气幕保护等）答案：ABCDE解析：课件指出激光跟踪焊接机器人由机器人系统、送丝焊接系统、激光视觉传感系统构成，且典型设备包含反射靶标、激光跟踪头及防护系统，故所有选项均正确。课后习题6.激光跟踪技术的在线功能包括在线焊道引导补偿操作和焊道起始、检测位置检测。（）答案：正确解析：激光跟踪在焊接过程中的在线功能有在线焊道引导补偿、焊道起始与检测位置检测，与题干表述一致。课后习题7.激光跟踪操作流程包括扫描、滤波、（）和路径规划四个步骤。答案：提取特征点解析：课件明确激光跟踪操作流程为扫描获取轮廓、滤波降噪、提取特征点、路径规划，因此填空处为提取特征点。课后习题8.激光跟踪典型设备的动态跟踪和闭环控制功能分别是什么？答案：动态跟踪功能是通过反射靶球（或合作靶标）实时反馈焊枪/工件位姿，采样频率通常≥100Hz；闭环控制功能是机器人根据位姿偏差，通过PID控制或阻抗控制动态调整路径。课后习题9.激光跟踪技术的核心测距原理不包括（

）。A.飞行时间法（ToF）B.调频连续波（FMCW）C.相位干涉法D.超声波反射法答案：D解析：激光跟踪的核心原理包括飞行时间法、调频连续波和相位干涉法，未涉及“超声波反射法”，故选D。课后习题10.激光跟踪系统中，用于发射激光并接收反射信号的核心组件是（

）。A.反射靶标B.激光跟踪头C.控制单元D.防护系统答案：B解析：“激光跟踪头”是发射激光并接收反射信号的核心组件，反射靶标用于反馈位姿，控制单元处理数据，防护系统防尘防飞溅，故选B。课后习题11.激光跟踪操作流程的正确顺序是（

）。A.滤波→扫描→提取特征点→路径规划B.扫描→滤波→提取特征点→路径规划C.提取特征点→扫描→滤波→路径规划D.路径规划→扫描→滤波→提取特征点答案：B解析：操作流程为“扫描焊件→滤波降噪→提取特征点→路径规划”，故选B。课后习题4.激光跟踪技术的主要局限性是（

）。A.无法检测动态目标B.抗干扰能力弱C.成本高且环境敏感D.只能测量二维数据答案：C解析：激光跟踪的不足为“成本高昂、对环境敏感（强环境光/烟尘影响信号）、实时性挑战”，故选C。课后习题13.结构光式激光跟踪传感器的组成部分通常包括（）​A.激光发射器​B.摄像机​C.信号处理单元​D.机械传动装置​答案：ABC​解析：结构光式激光跟踪传感器工作时，激光发射器发射特定结构的激光条纹到焊缝表面，摄像机拍摄变形后的激光条纹图像，信号处理单元对摄像机采集的图像进行分析处理，计算出焊缝位置和形状信息；机械传动装置主要用于焊接设备的运动控制，不属于结构光式激光跟踪传感器的组成部分，所以选ABC。智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01视觉跟踪02学习总结03一、学习目标深入理解视觉跟踪技术核心原理，掌握CCD、CMOS图像传感器的光电转换机制，以及被动、主动视觉传感技术的检测方法和工作原理。学习目标熟悉视觉传感器在焊缝跟踪、焊接质量控制等方面的应用技术，学会分析不同视觉传感技术在实际焊接场景中的优势与局限。掌握视觉传感器在焊接过程中的操作流程，包括图像采集、处理和利用偏差进行焊枪位置纠偏的方法，提升实际操作能力。0204了解视觉跟踪系统的组成结构，如在TIG焊单面焊双面成形和焊缝跟踪系统中的具体构成，明晰各组件的功能及协同工作方式。0103二、视觉跟踪视觉传感技术是焊接机器人实现智能化操作的关键技术之一。核心原理：通过传感器（如摄像头、激光雷达等）捕捉焊接区域的图像信息，并通过图像处理和分析技术提取焊缝的位置、形状和尺寸等关键参数。机器视觉系统常用的图像传感器：有CCD图像传感器和CMOS图像传感器。功能：通过光电转换，将光学影像转化为数字信号。CMOS图像传感器信号输出的一致性较差，信号质量比CCD图像传感器略差，但成本低，因此正逐步取代CCD图像传感器成为市场的主流。CMOS芯片及相机二、视觉跟踪视觉检测系统分类：被动视觉传感技术和主动视觉传感技术。（1）被动视觉传感技术检测方法：利用弧光本身照明焊接区，通过复合滤光技术减轻弧光的干扰，使摄像机在一个弧光对熔池辐射比例适当的、较窄的光谱范围内获取熔池的正面图像。优点：不存在检测对象与被控对象的时间差，更容易实现较为精确的跟踪控制。被动激光视觉传感器焊缝跟踪控制原理采用电弧光作为光源，由相机直接摄取焊接熔池图像，通过图像处理检测出熔池中心位置，计算焊接熔池中心位置与焊炬位置的偏差并送入控制器，控制执行机构调整偏差，直至偏差消除为止，如图所示。1.视觉传感器技术原理二、视觉跟踪（2）主动视觉传感技术检测方法：采用辅助光源，有助于压制、减小弧光对图像的干扰，以提高图像的质量。三角测距原理示意图焊缝跟踪中，采用的辅助光源一般为单光面或多光面的激光或扫描的激光束。为简单起见，分别称之为结构光法和激光扫描法。它们都是基于三角测距原理，来获得待焊焊缝信息的，如图所示。用于熔滴拍摄、熔池监测以及焊缝跟踪等方面。应用场景二、视觉跟踪激光器发射激光，在照射到物体后，反射光由CCD接收，由于激光器和探测器间隔了一段距离，所以依照光学路径，不同距离的物体将会成像在CCD上不同的位置。按照三角公式进行计算，就能推导出被测物体的距离D，公式如下所示：结构光视觉传感器f——接收透镜的焦距；𝐿——发光光路光轴与接收透镜主光轴之间的偏移（即基线距离）；𝑑——在接收CCD上的位置偏移量。结构光视觉传感器原理：激光管发出的点光源经一柱状镜转换成条形光，投射到工件表面的V形坡口角接焊缝或搭接焊缝上，发生相应的变形，并向工件上方漫反射。二、视觉跟踪典型的采用激光扫描和CCD器件接收的视觉传感器结构原理：基于线阵CCD的激光扫描视觉传感器的结构激光光束从水平方向照射到扫描轴的镜子上，再反射到工件表面。从工件反射的光经过扫描轴的另一镜子反射到透镜，并在CCD上成像。电动机在正反转驱动下不停地来回转动，使激光束在工件上横向扫描。二、视觉跟踪2.视觉传感器的应用技术优势非接触式检测，避免工件损伤；信息采集维度丰富，涵盖多维数据；检测精度和灵敏度处于较高水平；动态响应速度快，适应高速焊接需求；抗电磁干扰能力强，保障复杂工业环境稳定性；形状适应性广，兼容各类焊缝坡口形态。实现焊缝实时跟踪与焊接质量智能控制。广泛应用于焊接自动化控制系统，提升焊接工艺的智能化水平和生产质量。核心功能​​应用领域​​二、视觉跟踪（1）视觉传感器在TIG焊单面焊双面成形过程熔透控制中的应用该系统主要由视觉检测模块、TIG焊焊枪、送丝机构以及计算机控制模块等部分组成。视觉检测模块由视觉传感器CCD相机组成。通过CCD相机实时采集熔池图像，传输到计算机控制模块进行图像处理，提取熔池特征信息，将熔池特征信息导入设计好的控制器中，生成相应的控制量，进而实现对焊接过程的稳定控制。焊接控制系统示意图二、视觉跟踪（2）视觉传感器在焊缝跟踪系统中的应用构成：线结构光视觉传感器、工控机、运动机构和焊接装置等。结构光视觉传感器由相机、线激光器和滤光镜片组成。焊接控制系统示意图焊缝跟踪过程：

结构光焊缝图像采集：激光器将激光条纹投射到焊件表面，焊缝的存在使激光条纹发生变形，相机实时采集这些变形的激光条纹。结构光焊缝图像处理：图像处理模块对采集到的图像进行滤波和特征点识别，计算出焊缝的偏差。焊缝纠偏：根据计算出的偏差，工控机通过运动控制卡发出脉冲信号，驱动电机调整焊枪位置，使其对准焊缝中心，实现自动纠偏。视频来源：/video/BV1Ti4y1g7rq/?spm_id_from=333.1391.0.0&vd_source=37676f899c88a6610f2f50eb1e23a774三、学习总结视觉跟踪技术借助图像传感器捕捉焊接区域图像，通过图像处理获取焊缝关键参数。被动视觉传感利用弧光照明，主动视觉传感采用辅助光源，两者基于不同原理工作，各有特点。技术原理回顾视觉跟踪系统由多种组件构成，在TIG焊单面焊