CN107414253A

CN107414253A - 基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置及控制方法

Info

Publication number: CN107414253A
Application number: CN201710718865.5A
Authority: CN
Inventors: 钟飞; 唐印; 朱东东; 刘世源; 陈海永
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2037-08-21
Also published as: CN107414253B

Abstract

本发明涉及基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置及控制方法，其特征在于该装置包括四自由度机器人、视觉传感器和一体式控制柜；所述四自由度机器人包括工作平台、移动模组、Y轴步进电机、支架和焊枪；所述Y轴步进电机固定在Z轴方向移动模组的Z轴滑台上，且Y轴步进电机的转轴与Y轴方向移动模组的运动方向平行；所述支架用于固定视觉传感器和焊枪；所述视觉传感器包括摄像机和十字型激光器；所述十字型激光器发出的十字型激光线照射在待焊工件上并由所述摄像机进行拍摄。该控制方法用于对角焊缝进行视觉测量，能精确获得焊缝三维位置信息、焊接件平面斜角度和焊缝方向，实现焊枪对于焊缝的高精度自适应跟踪控制。

Description

基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于辅助焊接设备技术领域，尤其涉及一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置及控制方法，该控制装置及控制方法基于十字型激光器对角焊缝进行视觉识别并能实现四自由度机器人对焊缝自适应跟踪。

背景技术

随着当前科技发展，制造业领域对焊接的工作质量和工作效率提出较高的要求。角焊缝作为一种典型的焊缝类型，广泛出现在船舶、汽车、建筑以及航天航空等重要领域。而我国四自由度机器人与国外技术存在较大的差距，特别是在四自由度机器人的控制精度方面还需要进一步提高。

目前现有技术，四自由度机器人的工作方式主要包括：1、通过人工对焊接过程进行示教，机器再现焊接过程的焊接；2、通过机器接触测量焊缝位置进行自动焊接；3通过视觉检测焊缝跟踪的自动焊接。人工示教的方式存在人的干预，产生人为误差，而且无法消除角焊缝在垂直方向和水平方向上的随机误差；机器接触测量焊缝的自动焊接方法，存在机械结构复杂、检测精度低、废品率高的特点。

公布号为CN105728972A的中国专利公开一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置及其控制方法，该方法是基于一字型激光器的视觉检测焊缝跟踪的方法，该装置采用一字型激光器和三自由度机器人对角焊缝进行检测和跟踪，存在以下缺点：1、在焊接过程中仅能对角焊缝的空间相对位置进行检测，不能对焊接件的两个面的角度进行检测；2、当焊缝方向和焊件平面夹角变化时不能调整焊枪角度，不能保持焊枪与焊缝角度垂直，进而导致焊接质量下降；3、一字型激光器只能产生一个焊缝检测点，每次沿焊缝行进时仅对焊缝进行一次检测，在焊接过程中动态检测焊缝会有随机误差；4、该装置无法对角焊缝起始点进行定位，需要对焊缝进行一次扫描定位并复位才能开始对焊缝进行焊接，每次焊接需要的时间长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置及控制方法。该控制方法用于对角焊缝进行视觉测量，在精确获得焊缝三维位置信息(X、Y、Z三维坐标)、焊接件平面斜角度和焊缝方向的基础上，实现焊枪对于焊缝的高精度自适应跟踪控制。该控制装置将十字型激光器应用于焊缝识别跟踪中，一个十字激光器相当于两个一字型激光器，在检测中，十字型激光器对焊缝相当于进行了两次扫描检测，能显著降低检测的随机误差，且当十字激光器的激光照射在不同倾斜角的角焊缝两个面上时，产生的激光条纹斜率会有变化，通过斜率可以计算出角焊缝的空间角度；同时该装置采用四自由度机器人，增加Y轴步进电机，通过Y轴步进电机能改变焊枪角度，使焊枪垂直于焊缝方向，能显著提高焊接效果。

本发明解决所述装置技术问题采用的技术方案是，提供一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置，其特征在于该装置包括四自由度机器人、视觉传感器和一体式控制柜；

所述四自由度机器人包括工作平台、移动模组、Y轴步进电机、支架和焊枪；所述移动模组为三个由交流伺服电机驱动的滚珠丝杠式直线移动模组，包括X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组和Z轴方向移动模组；所述Y轴方向移动模组固定在X轴方向移动模组的X轴滑台上，且与X轴方向移动模组垂直，Y轴方向移动模组与X轴方向移动模组所构成的平面与工作平台平行；所述Z轴方向移动模组固定在Y轴方向移动模组的Y轴滑台上，且与工作平台的法方向平行；所述Y轴步进电机固定在Z轴方向移动模组的Z轴滑台上，且Y轴步进电机的转轴与Y轴方向移动模组的运动方向平行；所述支架用于固定视觉传感器和焊枪，支架固定在Y轴步进电机的转轴上，支架包括水平架和竖直架，竖直架下部与Y轴步进电机的转轴垂直固定，竖直架上部固定水平架和焊枪，水平架上固定视觉传感器；所述工作平台上方有摆放待焊工件参考位置的标记和紧固件；

所述视觉传感器包括摄像机和十字型激光器；所述十字型激光器发出的十字型激光线照射在待焊工件上并由所述摄像机进行拍摄；

所述一体式控制柜包括PLC、伺服电机驱动器、工业控制计算机和触摸屏；所述PLC通过向四个伺服电机驱动器发送高速脉冲信号以分别控制X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组和Y轴步进电机；所述PLC利用RS232通信模块通过HOSTLINK协议与触摸屏进行通信；所述PLC利用RS232通信模块通过MODBUS协议和工业控制计算机进行通信；所述工业控制计算机与视觉传感器的摄像机相连接。

本发明解决所述控制方法技术问题采用的技术方案是，提供一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，该方法使用上述的控制装置，包括以下步骤：

1)以X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组的运动方向作为X_T、Y_T、Z_T轴，选取参考位置上的点为原点建立工具坐标系T；以摄像机的光轴中心处为原点，以摄像机的光轴为Z_C,以摄像机图像的横轴和纵轴为X_C、Y_C轴建立图象坐标系C；将待焊工件固定在工作平台的参考位置上，根据参考位置设置先导距离的预设值和焊枪在工具坐标系T下起始坐标的预设值；

2)将十字型激光器发出十字激光线照射到待焊工件上，摄像机采集十字激光线照射到待焊工件上的图像，将摄像机采集的图像实时发送给工业控制计算机，工业控制计算机对接收到的图像进行处理,得到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角，将焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角传送给PLC；

3)PLC接收到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角,通过控制X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组和Y轴步进电机来操作四自由度机器人运动，依次完成数据采样处理阶段、焊枪自动定位焊缝起始点、焊枪自动跟踪焊缝、焊枪角度自适应控制，实现焊缝跟踪控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的提供一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置采用基于十字型激光器的视觉传感器进行对角焊缝位置信息的检测，并且通过控制四自由度机器人实现了焊缝焊接起始点自动定位，焊缝跟踪和焊枪角度控制的功能。具体包括以下几点：

(1)本发明设计了基于十字型激光器的视觉传感器及其检测方法，对焊缝的位置进行定位，通过求两个激光面与焊缝交点的位置算出焊缝的空间位置，相当于两个一字型激光器，单次检测对焊缝进行了两次扫描检测，与一字型激光器的视觉传感器相比检测的随机误差降低一半，提高了对角焊缝位置信息的检测精度。

(2)本发明设计了基于十字型激光器的视觉传感器及其检测方法，对待焊工件的立面与Y_T轴的夹角进行检测，激光照射在夹角变化的角焊缝时产生的激光条纹斜率会变化，通过求激光条纹线斜率，从而算出待焊工件的立面与Y_T轴的夹角，增加了现有对角焊缝信息的检测信息量，使焊枪能对角焊缝方向进行自适应调整，实现视觉传感器功能的突破。

(3)本发明设计了包含Y轴步进电机的四自由度机器人及其控制方法，增加Y轴方向的旋转自由度，根据视觉传感器检测的待焊工件的立面与Y_T轴的夹角控制焊枪，使焊枪保持与焊缝相对垂直，防止在焊接过程中产生铁水飞溅、焊料不均匀的情况，提高在焊接形变角焊缝时的焊接质量。

(4)本发明设计了焊枪自动定位焊缝起始点的方法，使该焊枪可以在开始焊接之前可以直接自动定位到焊缝起始点并直接开始焊接，不需对焊缝进行预扫描，将自动焊接的时间减少一半，实现实时焊接，提高焊接效率。

(5)本发明实现了焊枪自动定位焊缝起始点、焊枪自动跟踪焊缝、焊枪角度自适应控制，避免了人工示教、机器再现的过程及机械接触式测量焊缝的方法，改进了自动焊接的设备和过程，节省人力和时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的结构框图；

图2为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的机械三维图；

图3为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的支架的安装结构示意图；

图4为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的视觉传感器的工作示意图；

图5为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的摄像头的激光条纹直线提取图；

图6为本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置一种实施例的一体式控制柜的器件布置示意图；

图中，1、四自由度机器人；2、视觉传感器；3、一体式控制柜；4、待焊工件；11、工作平台；12、移动模组；121、X轴方向移动模组；122、Y轴方向移动模组；123、Z轴方向移动模组；13、Y轴步进电机；14、支架；15、焊枪；21、摄像机；22、十字型激光器；31、PLC；32、伺服电机驱动器；33、工业控制计算机；34、触摸屏。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本申请权利要求的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置(简称控制装置或装置，参见图1-3)包括四自由度机器人1、视觉传感器2和一体式控制柜3；

所述四自由度机器人1包括工作平台11、移动模组12、Y轴步进电机13、支架14和焊枪15；所述移动模组12为三个由交流伺服电机驱动的滚珠丝杠式直线移动模组，包括X轴方向移动模组121、Y轴方向移动模组122和Z轴方向移动模组123；所述Y轴方向移动模组122固定在X轴方向移动模组121的X轴滑台上，且与X轴方向移动模组121垂直，Y轴方向移动模组122与X轴方向移动模组121所构成的平面与工作平台11平行；所述Z轴方向移动模组123固定在Y轴方向移动模组122的Y轴滑台上，且与工作平台11的法方向平行；所述Y轴步进电机13固定在Z轴方向移动模组123的Z轴滑台上，且Y轴步进电机13的转轴与Y轴方向移动模组122的运动方向平行；所述支架14用于固定视觉传感器2和焊枪15，支架14固定在Y轴步进电机13的转轴上，支架包括水平架和竖直架，竖直架下部与Y轴步进电机13的转轴垂直固定，竖直架上部固定水平架和焊枪，水平架上固定视觉传感器2；

所述工作平台11用于摆放待焊工件4，其上方有摆放待焊工件4参考位置的标记和紧固件；所述移动模组12用于改变焊枪15的位置；所述Y轴步进电机13用于调整焊枪15的角度，保持焊枪15与焊缝相对垂直，提高焊接质量；所述焊枪15用于焊接角焊缝；

所述视觉传感器2包括摄像机21和十字型激光器22；所述十字型激光器22发出的十字型激光线照射在待焊工件4上并由所述摄像机21进行拍摄；

所述一体式控制柜3包括PLC 31、伺服电机驱动器32、工业控制计算机33和触摸屏34；所述PLC 31通过向四个伺服电机驱动器32发送高速脉冲信号以分别控制X轴方向移动模组121、Y轴方向移动模组122、Z轴方向移动模组123和Y轴步进电机13；所述PLC 31利用RS232通信模块通过HOST LINK协议与触摸屏34进行通信；所述PLC 31利用RS232通信模块通过MODBUS协议和工业控制计算机33进行通信；所述工业控制计算机33与视觉传感器2的摄像机21相连接；

所述工业控制计算机33用于进行图像处理的计算；所述PLC 31用于对移动模组12和Y轴步进电机13进行控制；所述伺服电机驱动器32根据PLC 31的控制信号对移动模组12和Y轴步进电机13进行驱动；所述触摸屏34用于使用者对设备进行操作。

所述PLC 31为一个型号为欧姆龙CP1H的PLC；所述伺服电机驱动器32为型号为松下A5的伺服电机驱动器，用于驱动X轴方向移动模组121、Y轴方向移动模组122、Z轴方向移动模组123和Y轴步进电机13。

本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，该方法使用上述的控制装置，包括以下步骤：

1)建立工具坐标系T和图象坐标系C，将待焊工件4固定在工作平台11的参考位置上；根据参考位置设置先导距离的预设值和焊枪15在工具坐标系T下起始坐标的预设值；

2)将十字型激光器22发出十字激光线照射到待焊工件4上，摄像机21采集十字激光线照射到待焊工件4上的图像，将摄像机21采集的图像实时发送给工业控制计算机33，工业控制计算机33对接收到的图像进行处理,得到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件4立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角，将焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件4立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角传送给PLC 31；

3)PLC 31接收到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件4立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角,通过控制X轴方向移动模组121、Y轴方向移动模组122、Z轴方向移动模组123和Y轴步进电机13来操作四自由度机器人1运动，依次完成数据采样处理阶段、焊枪自动定位焊缝起始点、焊枪自动跟踪焊缝、焊枪角度自适应控制，实现焊缝跟踪控制；所述数据采样处理阶段是测量计算焊缝起始点的位置和先导距离的长度；所述焊枪自动定位焊缝起始点是将焊枪自动移动到焊缝起始点，是焊枪自动跟踪前的初始化步骤；所述焊枪自动跟踪焊缝指的是焊枪的位置自动跟随焊缝移动，不需人为设定焊枪移动路径；所述焊枪角度自适应控制指的是随着待焊工件4的立面的角度变化而调整焊枪的角度控制，为了使焊枪始终垂直于焊缝，保证焊接质量。

本发明中所述先导距离是指焊枪15到左侧焊缝特征点P1在X_T方向上的距离。由于激光对焊缝进行扫描检测的特征点必须先于焊枪，所以存在这段先导距离，焊枪需要走过这段先导距离才能到达焊缝特征点。先导距离是用“先导”和“距离”两个词合成，“先导”是开路、引导之意，距离指焊枪与焊缝特征点之间的距离，说明焊枪对焊缝的跟踪需要视觉传感器在前方进行对焊缝特征点进行检测“探路”的意思。

所述步骤1)具体包括：

1.1)建立工具坐标系T和图像坐标系C；工具坐标系T是以X轴方向移动模组121、Y轴方向移动模组122、Z轴方向移动模组123的运动方向作为X_T、Y_T、Z_T轴，选取参考位置上的点为原点建立；图像坐标系C是以摄像机21的光轴中心处为原点，以摄像机21的光轴为Z_C,以摄像机21图像的横轴和纵轴为X_C、Y_C轴建立的；

1.2)将待焊工件4固定在工作平台11的参考位置上(参考位置是工作平台11上标记的推荐工件摆放位置，是为了防止待焊工件4随意摆放，导致误差较大，无法检测到角焊缝的位置)；根据参考位置设置先导距离的预设值和焊枪在工具坐标系T下起始坐标的预设值；待焊工件4在Y_T方向上相对于参考位置最大偏差应小于15mm，在Z_T方向上相对于参考位置最大偏差应小于12mm；

所述步骤2)具体包括：

2.1)将十字型激光器22发出十字激光线照射到待焊工件4上，摄像机21采集十字激光线照射到待焊工件4上的图像，将摄像机21采集的图像实时发送给工业控制计算机33；

2.2)工业控制计算机33对接收到的图像首先进行中值滤波处理，去除图像的随机噪声；随后进行二值化处理获得照射在待焊工件4上的激光条纹线图像，如图5所示；再使用RANSAC算法(RANSAC算法是现有算法，用来在图像上找直线的算法)计算出四条激光条纹线的直线，分别为左侧底面条纹线L1、右侧底面条纹线L2、左侧立面条纹线L3和右侧立面条纹线L4；以右侧底面条纹线L2与左侧立面条纹线L3的交点作为左侧焊缝特征点P1，得到左侧焊缝特征点P1在图像坐标系C下的坐标；以左侧底面条纹线L1与右侧立面条纹线L4的交点作为右侧焊缝特征点P2，得到右侧焊缝特征点P2在图像坐标系C下的坐标；将左侧焊缝特征点P1和右侧焊缝特征点P2在图像坐标系C下的坐标转换到工具坐标系T下的坐标；将左侧焊缝特征点P1和右侧焊缝特征点P2在工具坐标系T下的坐标传送给PLC 31。

2.3)用左侧底面条纹线L1、右侧底面条纹线L2、左侧立面条纹线L3、右侧立面条纹线L4的直线计算出待焊工件4立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角,并传送给PLC 31。

所述步骤3)具体包括：

3.1)数据采样处理阶段的具体步骤为：

四自由度机器人1沿焊接方向以设定的焊接速度(焊接速度与具体焊接工艺要求有关)行走，以焊接方向为从左到右为例，当右侧焊缝特征点P2第一次出现在待焊工件4上时，记录此时右侧焊缝特征点P2在工具坐标系T下的坐标为焊缝起始点第一次测量的坐标，焊枪按照从右到左的方向行走，连续读取若干个右侧焊缝特征点，该若干个右侧焊缝特征点构成右侧焊缝特征点的数组A1；控制焊枪15继续沿焊接方向移动距离h₁，距离h₁为左侧焊缝特征点P1到右侧焊缝特征点P2的距离,当左侧焊缝特征点第一次出现在待焊工件上时，记录此时左侧焊缝特征点P1在工具坐标系T下的坐标为焊缝起始点第二次测量的坐标,焊枪按照从左到右的方向行走，连续读取若干个左侧焊缝特征点，该若干个左侧焊缝特征点构成左侧焊缝特征点的数组A2；将焊缝起始点第一次测量的坐标和焊缝起始点第二次测量的坐标取平均值求出焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标，并根据焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标对工具坐标系T进行原点初始化；利用移动模组12的伺服电机旋转编码器获取焊枪在Y_T和Z_T两个方向上的移动量的数据，分别组成数组A3和数组A4；根据数组A1、数组A2、数组A3和数组A4计算焊缝直线上各点在工具坐标系T下的坐标，组成数组A5；根据数组A5计算焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的斜率和截距；用焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的斜率和先导距离的预设值，实时计算当前先导距离的实际值；根据焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的截距、焊枪15在工具坐标系T下起始坐标的预设值和当前先导距离的实际值实时计算焊枪15在工具坐标系T下当前坐标的实际值；

3.2)焊枪自动定位焊缝起始点的具体步骤为：

在焊枪自动定位过程中，四自由度机器人1沿焊接方向以设定的焊接速度行走，设定位置阈值(与四自由度机器人的最小移动距离有关)，不断求取焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标与焊枪15在工具坐标系T下的当前坐标之间的距离,当其距离值小于等于位置阈值，则判定焊枪15到达焊缝起始点，此时焊枪自动定位焊缝起始点定位结束，并开始焊缝自动跟踪。

3.3)焊枪自动跟踪焊缝的具体步骤为：

在焊枪自动跟踪焊缝过程中，先设数组A5中第一个焊缝直线上的点在工具坐标系T下的坐标为第一个目标值，在PLC 31中用PID算法输出脉冲量通过伺服电机驱动器32控制四自由度机器人1使焊枪15在工具坐标系T下的当前坐标达到第一个目标值；达到第一个目标值后，再取数组A5中下一个焊缝直线上的点在工具坐标系T下的坐标作为第二个目标值；依次重复上述步骤，当视觉传感器2无法获取焊缝图像信息时自动跟踪过程结束，焊枪15自动回到工具坐标系T下原点。

3.4)焊枪角度自适应控制的具体步骤为：

在焊枪自动跟踪焊缝过程中，PLC 31根据待焊工件4立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角计算输出脉冲量，通过伺服电机驱动器32控制Y轴步进电机13，实现对焊枪15的角度自适应控制，使焊枪垂直于焊缝方向，能显著提高焊接效果。

本发明基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置的安装及使用方法是：

操作人员接通电源启动装置，准备好待焊工件4的底面和立面，并摆放于工作平台11上的参考位置，使得十字形激光器22的两条激光条纹能在焊件上形成两组相交直线并被摄像机21采集，再将待焊工件4的底面和立面通过紧固件紧固。

操作人员操作触摸屏34初始化工艺参数并启动装置，装置将完成通过摄像机21识别焊缝，由工业控制计算机33对摄像机采集激光线照射到待焊工件4上形成的图像进行处理，将处理结果传送给PLC 31；由PLC 31控制四自由度机器人1运动完成数据采样处理阶段、焊枪自动定位焊缝起始点、焊枪自动跟踪焊缝、焊枪角度自适应控制。

当视觉传感器2无法获取焊缝图像信息时自动跟踪过程结束，焊枪15自动回到四自由度机器人工具坐标系T下原点位置。

本申请的焊缝跟踪对象是角焊缝，包括直线角焊缝和变角焊缝(曲线、折线)。

本发明视觉传感器2在安装时要满足以下要求：十字形激光器22发出的激光能在待焊工件4上形成如图4所示的两条激光条纹，要求两条激光线与角焊缝相交出P1和P2这两个焊缝特征点。摄像机21在拍摄激光条纹的时候能拍摄到如图5所示的图像，要求拍照角度能在图像上肉眼分辨出四条激光条纹线直线和两个焊缝特征点。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置，其特征在于该装置包括四自由度机器人、视觉传感器和一体式控制柜；

所述一体式控制柜包括PLC 、伺服电机驱动器、工业控制计算机和触摸屏；所述PLC 通过向四个伺服电机驱动器发送高速脉冲信号以分别控制X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组和Y轴步进电机；所述PLC 利用RS232通信模块通过HOSTLINK协议与触摸屏进行通信；所述PLC 利用RS232通信模块通过MODBUS协议和工业控制计算机进行通信；所述工业控制计算机与视觉传感器的摄像机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制装置，其特征在于所述PLC为一个型号为欧姆龙CP1H的PLC；所述伺服电机驱动器为型号为松下A5的伺服电机驱动器。

3.一种基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，该方法使用权利要求1或2所述的控制装置，包括以下步骤：

1）以X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组的运动方向作为X_T、Y_T、Z_T轴，选取参考位置上的点为原点建立工具坐标系T；以摄像机的光轴中心处为原点，以摄像机的光轴为Z_C,以摄像机图像的横轴和纵轴为X_C、Y_C轴建立图象坐标系C；将待焊工件固定在工作平台的参考位置上，根据参考位置设置先导距离的预设值和焊枪在工具坐标系T下起始坐标的预设值；

2）将十字型激光器发出十字激光线照射到待焊工件上，摄像机采集十字激光线照射到待焊工件上的图像，将摄像机采集的图像实时发送给工业控制计算机，工业控制计算机对接收到的图像进行处理,得到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角，将焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角传送给PLC ；

3）PLC 接收到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角,通过控制X轴方向移动模组、Y轴方向移动模组、Z轴方向移动模组和Y轴步进电机来操作四自由度机器人运动，依次完成数据采样处理阶段、焊枪自动定位焊缝起始点、焊枪自动跟踪焊缝、焊枪角度自适应控制，实现焊缝跟踪控制。

4.根据权利要求3所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于步骤1）中待焊工件在Y_T方向上相对于参考位置最大偏差应小于15mm，在Z_T方向上相对于参考位置最大偏差应小于12mm。

5.根据权利要求3所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于所述步骤2）中工业控制计算机对接收到的图像进行处理，得到焊缝特征点在工具坐标系T下的坐标值和待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角的过程是：首先进行中值滤波处理，去除图像的随机噪声；随后进行二值化处理获得照射在待焊工件上的激光条纹线图像；再使用RANSAC算法计算出四条激光条纹线的直线，分别为左侧底面条纹线L1、右侧底面条纹线L2、左侧立面条纹线L3和右侧立面条纹线L4；以右侧底面条纹线L2与左侧立面条纹线L3的交点作为左侧焊缝特征点P1，得到左侧焊缝特征点P1在图像坐标系C下的坐标；以左侧底面条纹线L1与右侧立面条纹线L4的交点作为右侧焊缝特征点P2，得到右侧焊缝特征点P2在图像坐标系C下的坐标；将左侧焊缝特征点P1和右侧焊缝特征点P2在图像坐标系C下的坐标转换到工具坐标系T下的坐标；将左侧焊缝特征点P1和右侧焊缝特征点P2在工具坐标系T下的坐标传送给PLC ；用左侧底面条纹线L1、右侧底面条纹线L2、左侧立面条纹线L3、右侧立面条纹线L4的直线计算出待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角,并传送给PLC 。

6.根据权利要求3所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于所述步骤3）中数据采样处理阶段的具体步骤为：四自由度机器人沿焊接方向以设定的焊接速度行走，当右侧焊缝特征点P2第一次出现在待焊工件上时，记录此时右侧焊缝特征点P2在工具坐标系T下的坐标为焊缝起始点第一次测量的坐标，焊枪按照从右到左的方向行走，连续读取若干个右侧焊缝特征点，该若干个右侧焊缝特征点构成右侧焊缝特征点的数组A1；控制焊枪继续沿焊接方向移动距离h₁，距离h₁为左侧焊缝特征点P1到右侧焊缝特征点P2的距离,当左侧焊缝特征点第一次出现在待焊工件上时，记录此时左侧焊缝特征点P1在工具坐标系T下的坐标为焊缝起始点第二次测量的坐标,焊枪按照从左到右的方向行走，连续读取若干个左侧焊缝特征点，该若干个左侧焊缝特征点构成左侧焊缝特征点的数组A2；将焊缝起始点第一次测量的坐标和焊缝起始点第二次测量的坐标取平均值求出焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标，并根据焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标对工具坐标系T进行原点初始化；利用移动模组的伺服电机旋转编码器获取焊枪在Y_T和Z_T两个方向上的移动量的数据，分别组成数组A3和数组A4；根据数组A1、数组A2、数组A3和数组A4计算焊缝直线上各点在工具坐标系T下的坐标，组成数组A5；根据数组A5计算焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的斜率和截距；用焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的斜率和先导距离的预设值，实时计算当前先导距离的实际值；根据焊缝直线分别在Y_T和Z_T方向上的截距、焊枪在工具坐标系T下起始坐标的预设值和当前先导距离的实际值实时计算焊枪在工具坐标系T下当前坐标的实际值。

7.根据权利要求6所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于所述焊枪自动定位焊缝起始点的具体步骤为：四自由度机器人沿焊接方向以设定的焊接速度行走，设定位置阈值，不断求取焊缝起始点在工具坐标系T下的实际坐标与焊枪在工具坐标系T下的当前坐标之间的距离,当其距离值小于等于位置阈值，则判定焊枪到达焊缝起始点，此时焊枪自动定位焊缝起始点定位结束。

8.根据权利要求6所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于所述焊枪自动跟踪焊缝的具体步骤为：在焊枪自动跟踪焊缝过程中，先设数组A5中第一个焊缝直线上的点在工具坐标系T下的坐标为第一个目标值，在PLC 中用PID算法输出脉冲量通过伺服电机驱动器控制四自由度机器人使焊枪在工具坐标系T下的当前坐标达到第一个目标值；达到第一个目标值后，再取数组A5中下一个焊缝直线上的点在工具坐标系T下的坐标作为第二个目标值；依次重复上述步骤，当视觉传感器无法获取焊缝图像信息时自动跟踪过程结束，焊枪自动回到工具坐标系T下原点。

9.根据权利要求3所述的基于十字型激光器的焊缝跟踪控制方法，其特征在于焊枪角度自适应控制的具体步骤为：在焊枪自动跟踪焊缝过程中，PLC 根据待焊工件立面与Y_T轴在工具坐标系T下的夹角计算输出脉冲量，通过伺服电机驱动器控制Y轴步进电机，实现对焊枪的角度自适应控制，使焊枪垂直于焊缝方向。