CN110681945A - 一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于管板焊接领域，并具体公开了一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法及装置。所述方法包括：建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系；根据线性关系、标准管和待焊接管子十字激光交点坐标实现对待焊接管子焊接高度的焊前补偿；根据初始焊接高度下标准管焊接时的标定电压和阈值范围，获取待焊接管子焊接时预设时段内N个连续的实时峰值电压值的平均电压值，根据实时电压与阈值范围的关系，实时调整焊枪与管板的距离。所述装置包括基座以及集成于该基座上的激光视觉组件、焊接组件、激光传感器、弧压实时跟踪组件和工控机。本发明能有效解决了管板热变形、钨极磨损等方面的问题，焊接质量高。

Description

一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法及装置

技术领域

本发明属于管板焊接领域，更具体地，涉及一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法及装置。

背景技术

管板TIG焊接主要用于压力容器、换热器等石油化工设备的加工制造，该焊接方式经历了从手工电弧焊、半自动电弧焊到机器人全自动电弧焊三个发展阶段。机器人加工效率高且焊接质量一致，已逐步应用于焊接行业，然而现有的管板焊接机器人仅能识别管子的二维坐标信息，无法对焊接高度进行准确实时的控制。

管板焊接机器人主要通过机器视觉获取待焊工件的位置信息。专利号CN102152033B公开了一种通过视觉检测技术识别管口圆心，并将焊枪的中轴线对准管口圆心的焊接系统，然而该技术在管子安装偏心，管板平面倾斜等情况时易出现焊接不到位的问题。专利号CN108453448A公开了一种能对整个圆周上的焊缝进行焊接的方法，其能依据管子与圆孔的间隙大小调整焊枪在对应位置的焊接半径和焊接角度，该技术能定位管子的二维坐标信息，不过无法对管板焊接变形进行检测和控制。在实际焊接过程中，管板局部受热集中，被焊管子处的应力在管板厚度方向分布不均匀会造成焊接热变形，且钨极在焊接过程中会磨损消耗，这些情况都会引起焊枪与管板之间的距离发生变化，对焊接质量造成一定程度的影响。

相关学者研究发现，焊接过程中焊枪与管板之间的距离与弧压呈现一定的线性关系，可以通过控制弧压调节焊枪与管板之间的距离。专利号CN200420036039.0公开了一种以单片机和PWM电路为控制核心的钨极氩弧焊的焊接高度控制器，根据弧压变化计算弧长的偏差，进而实时调整弧长，然而起弧产生的高频高压对单片机的稳定工作有较大的影响。

因此，本领域亟待提出基于全自动管板焊接的焊前-实时焊接高度控制方法，以解决管板热变形、钨极磨损等方面的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法及装置，其中结合管板自身的特征及其管板焊接的工艺特点，相应对管板焊接的焊接高度控制方法进行了研究，并采用图像处理法建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系，并对管板焊接变形引起的焊接高度变化进行焊前补偿，避免管子在焊接过程中出现咬边和破损，同时补偿因钨极磨损造成的焊接高度变化，控制实时电压稳定在设定的阈值区间，进一步控制管板焊接过程中的实时焊接高度。本发明能对管板在焊接过程中焊接高度的变化进行补偿，从而达到控制焊接质量的目的，有效解决了管板热变形、钨极磨损等方面的问题，焊接质量高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法，包括以下步骤：

S1构建管板的多个十字激光交点坐标，对管板的多个十字激光交点坐标进行拟合，建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系；

S2根据钨极的长度和焊枪的角度在标准管处设定初始焊接高度，并在预设的拍照坐标下获取标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标,并根据所述线性关系、标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标计算出待焊接管子焊接高度的变化值，并以此对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿；

S3计算标准管在初始焊接高度焊接时的标定电压，并确定标定电压的阈值范围，以待焊接管子进行焊前补偿后的焊接高度为开始实时补偿的焊接高度开始进行焊接；

S4采用滤波的方法采集焊接过程中多个连续的实时峰值电压值，并计算预设时段内N个连续的实时峰值电压值的平均电压值，将该平均电压值视为预设时段内的实时电压，根据所述实时电压与阈值范围的关系，实时调整焊枪与管板的距离，直到某一预设时段内所采集的实时电压在所述阈值范围内，保持焊枪与管板的距离不变继续焊接；

S5重复S4，直至完成整个待焊接的管子的焊接。

作为进一步优选的，步骤S1中，构建管板的多个十字激光交点坐标包括以下子步骤：

S11在预设的拍照坐标下将十字激光发射器发射的十字激光照射在管板的空白位置上，然后均匀调整十字激光发射器和CCD相机与管板之间的距离，十字激光发射器和CCD相机与管板之间的距离每加L，CCD相机则拍摄一张十字激光条纹的图片；

S12对于其中一张十字激光条纹的图片，在该图片上建立同心环，该同心环将所述十字激条纹分成上部区域、下部区域、左部区域、右部区域四个区域；

S13分别提取所述四个区域的像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息，然后根据各个区域像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息获取各个区域中心坐标；

S14上部区域和下部区域的中心坐标的连线与左部区域和右部区域的中心坐标的连线的交点即为该图片对应的管板十字激光交点坐标；

S15重复步骤S12～S14，直至获取所有图片对应的管板十字激光交点坐标。

作为进一步优选的，步骤S1中，采用最小二乘法对管板的多个十字激光交点坐标进行拟合。

作为进一步优选的，步骤S2中，所述标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标的获取方法相同，其中，获取待焊接管子十字激光交点坐标具体包括以下子步骤：

S21在预设的拍照坐标下将十字激光照射在待焊接管子上，打开CCD相机对待焊接管子进行拍照，以获取具有十字激光条纹的管板的图片；

S22在该图片上建立同心环，其中，该同心环的小圆的面积需要完全覆盖该待焊接管子的焊接面积，进而该同心环将所述十字激光条纹分成上部区域、下部区域、左部区域、右部区域四个区域；

S23分别提取所述四个区域的像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息，然后根据各个区域像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息获取各个区域中心坐标；

S24上部区域和下部区域的中心坐标的连线与左部区域和右部区域的中心坐标的连线的交点即为待焊接管子十字激光交点坐标。

作为进一步优选的，步骤S2中，对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿包括以下子步骤：

S31将标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标分别代入所述线性关系中，求出在相同的预设的拍照坐标下待焊接管子与标准管之间焊接高度的变化值，该变化值即为待焊接管子的焊接高度补偿值；

S32在相同的预设的拍照坐标下，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的左下方，则将该焊枪向远离管板方向移动，移动的距离为所述焊接高度补偿值，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的右上方，则将该焊枪向靠近管板方向移动，移动的距离为焊接高度补偿值；若待焊接管子十字激光交点坐标与标准管十字激光交点坐标重合，则保持焊枪与管板之间的距离不变。

作为进一步优选的，步骤S3中，采用经验法或者实测法获取管板焊接时的标定电压，其中，采用实测法获取管板焊接时的标定电压包括以下步骤：调整焊枪与管板之间的距离为始焊接高度，开启焊枪焊接，并采集焊枪绕标准管焊接一圈过程中所有峰值电压，将所有峰值电压按从小到大的顺序进行排列，取排列后峰值电压的中位数作为待焊接管子焊接时的标定电压。

作为进一步优选的，步骤S4中，若所述实时电压值在阈值范围内，则保持该焊枪与管板的距离不变，继续焊接，若所述实时电压值大于阈值范围的最大值，则将该焊枪向靠近管板方向移动，若所述实时电压值小于阈值范围的最小值，则将该焊枪向远离管板方向移动。

作为进一步优选的，步骤S4中，在采用滤波的方法采集多个连续的实时峰值电压值过程中，若所采集的实时峰值电压值大于3倍的阈值范围的最大值，则剔除该实时峰值电压值。

按照本发明的另一个方面，提供一种实现上述全自动管板焊接的焊接高度控制方法的装置，包括基座以及集成于该基座上的激光视觉组件、焊接组件、激光传感器、弧压实时跟踪组件和工控机，其中，

所述激光视觉组件包括CCD相机以及设于该CCD相机上的十字激光发射器，所述十字激光发射器用于发射构建的十字激光，所述CCD相机用于根据需要对管板或者待焊接管子进行拍照；

所述焊接组件包括依次连接的焊枪轴、旋转部件和焊枪；

所述激光传感器用于测量管板与所述焊接组件之间的距离；

所述弧压实时跟踪组件用于实时跟踪和测量所述焊枪在焊接过程中的峰值电压，并根据该实时测量的峰值电压控制调节所述焊枪的焊接高度；

所述工控机根据所述激光视觉组件反馈的图片建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系、求取标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标，并根据所述线性关系、标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标获取待焊接管子焊接高度的变化值，并以此对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿，同时还用于在标准管子焊接过程中处理所述弧压实时跟踪组件反馈的峰值电压以获取平均电压值与阈值范围的关系。

作为进一步优选的，所述弧压实时跟踪组件包括依次相连的继电器、电压变换器、焊机和控制器；所述十字激光发射器包括第一单线激光器和第二单线激光器，所述第一单线激光器发射竖线激光，所述第二单线激光器发射横线激光。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明对管板焊接变形引起的焊接高度变化进行焊前补偿，避免管子在焊接过程中出现咬边和破损；补偿因钨极磨损造成的焊接高度变化，控制实时峰值电压稳定在合适的阈值区间，本发明有效解决了管板热变形、钨极磨损等方面的问题，焊接质量高。

2.本发明采用图像处理法建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系，为待焊接管子的焊接高度的焊前补偿提供了依据，方法简单，可控性强。

3.本发明通过实时跟踪待焊接管子焊接过程中的峰值弧压，并根据实时电压值与阈值范围的关系，实时调整焊枪与管板的距离，以对待焊接管子的焊接高度进行实时补偿，方法简单，进一步提高了焊接质量。

4.本发明装置，通过对激光视觉组件、焊接组件、激光传感器、弧压实时跟踪组件和工控机的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可对管板焊接变形引起的焊接高度变化进行焊前补偿，避免管子在焊接过程中出现咬边和破损，同时补偿因钨极磨损造成的焊接高度变化，控制实时电压稳定在设定的阈值区间，进一步控制管板焊接过程中的焊接高度。有效解决了管板热变形、钨极磨损等方面的问题，焊接质量高。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法的流程图；

图2是实现本发明实施例涉及的实现全自动管板焊接的焊接高度控制方法的装置的结构示意图；

图3是本发明图1涉及的激光视觉检测管板的示意图；

图4中的(a)-(e)是本发明图1涉及的十字激光交点坐标图像处理流程图；

图5是本发明图1涉及的激光视觉标定的示意图；

图6是本发明十字激光交点坐标与焊接高度的线性关系图，其中，(a)为焊接高度与十字激光交点x坐标的线性关系图，(b)为焊接高度与十字激光交点y坐标的线性关系图；

图7是本发明电弧电压采集电路的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-激光视觉组件，11-第一单线激光器，12-第二单线激光器，13-套箍组件，14-CCD相机，2-激光传感器，3-焊接组件，31-旋转部件，32-焊枪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2所示，本发明一种全自动管板焊接的焊前-实时焊接高度控制方法采用如下焊接装置实现：

该焊接装置至少包括：激光视觉组件1、激光传感器2、焊接组件3、弧压实时跟踪组件以及工控机。其中，激光视觉组件1固定设置于基座上，包括第一单线激光器11、第二单线激光器12、套箍组件13和CCD相机14，第一单线激光器11和第二单线激光器12互相呈90°安装，且第一单线激光器11发出竖线激光、第二单线激光器12发出横线激光，两者交叉形成十字激光，同时两个单线激光器相对于管板平面倾斜一定角度。

本发明一种全自动管板焊接的焊前-实时焊接高度控制方法包括以下步骤：

步骤一：建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系。其具体包括十字激光对中、激光视觉标定和焊接高度检测。

具体而言，首先，如图3所示，打开第一单线激光器11和第二单线激光器12的开关，形成十字激光，将形成的十字激光照射在管子上，打开CCD相机14实时拍照，此时从显示屏中观察激光条纹在图像中的位置，若竖直激光条纹在图像竖直中心线的左侧，则手动向左调节第一单线激光器11；若水平激光条纹在图像水平中心线的上侧，则手动向上调节第二单线激光器12。经过细微调节后保证两个激光条纹分别与图像的水平中心线和竖直中心线重合。

然后，激光视觉标定根据图像处理算法求出在不同焊接高度条件下的十字激光交点坐标，然后用最小二乘法拟合出交点坐标与焊接高度的线性关系。更具体的，如图4中的(a)-(e)所示，获取原始的十字激光图像，然后建立同心圆环，其中，该同心圆环的大圆的轮廓不得超出图像范围，该同心圆的小圆的面积需要完全覆盖该管子的焊接面积。然后利用该同心圆环将十字激光条纹分割成上、下、左、右四个区域，如图4中的(b)所示。上、下、左、右四个区域中的像素点的灰度级要高于背景区域的，分别统计四个区域中灰度级为255像素点的个数和每个像素点对应的坐标信息，分别求取四个区域中的像素点的平均坐标值，并将该平均坐标值作为相应区域的中心坐标。更进一步的，如图4中的(e)所示，统计上部区域中灰度级为255的像素点的个数和每个像素点对应的坐标信息，然后根据该区域每个像素点对应的坐标信息和个数，求取上部区域中的像素点的平均坐标值，并将该平均坐标值作为上部区域的中心坐标O₁，统计下部区域中灰度级为255的像素点的个数和每个像素点对应的坐标信息，然后根据该区域每个像素点对应的坐标信息和个数，求取下部区域中的像素点的平均坐标值，并将该平均坐标值作为下部区域的中心坐标O₂，统计左部区域中灰度级为255的像素点的个数和每个像素点对应的坐标信息，然后根据该区域每个像素点对应的坐标信息和个数，求取左部区域中的像素点的平均坐标值，并将该平均坐标值作为左部区域的中心坐标O₃，统计右部区域中灰度级为255的像素点的个数和每个像素点对应的坐标信息，然后根据该区域每个像素点对应的坐标信息和个数，求取右部区域中的像素点的平均坐标值，并将该平均坐标值作为右部区域的中心坐标O₄。接着，分别连接上部区域的中心坐标O₁和下部区域的中心坐标O₂，连接左部区域的中心坐标O₃和右部区域的中心坐标O₄，得到直线L₁和直线L₂，此时两直线交点O₀点即为十字激光交点坐标，图4中的(e)所示。

接着，建立十字激光交点坐标与焊接高度的线性关系。首先打开第一单线激光器11和第二单线激光器12的开关，建立十字激光，调整第一单线激光器11和第二单线激光器12与管板之间的距离，确保十字激光条纹能够完全出现在管板的空白位置，图5所示，然后在该距离条件下，控制第一单线激光器11、第二单线激光器12与CCD相机均匀地后退0.1mm，且每后退0.1mm，CCD相机拍照1次，后退1mm后将会获得10张十字激光条纹图像，利用上述所述的图像处理算法可以求得10组十字激光交点坐标。具体为：将十字激光发射器发射的十字激光照射在管板的空白位置上，然后均匀调整十字激光发射器和CCD相机与管板之间的距离，十字激光发射器和CCD相机与管板之间的距离每加L，CCD相机则拍摄一张十字激光条纹的图片；然后在十字激光条纹图片上建立同心环，该同心环将所述十字激条纹分成上部区域、下部区域、左部区域、右部区域四个区域；接着分别提取所述四个区域的像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息，然后根据各个区域像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息获取各个区域中心坐标；上部区域和下部区域的中心坐标的连线与左部区域和右部区域的中心坐标的连线的交点即为该图片对应的管板十字激光交点坐标；最后重复上述步骤，直至获取所有图片对应的管板十字激光交点坐标。将求得的10组x坐标和y坐标与焊接高度分别进行最小二乘法拟合，可以建立十字激光交点坐标与焊接高度的线性关系，图6中的(a)和(b)所示，十字激光交点坐标与焊接高度的拟合优度分别为R²＝0.9994和0.9998，这表明十字激光交点坐标与焊接高度的线性拟合程度非常好。y坐标的拟合优度高于x坐标，因此将y坐标与焊接高度的线性拟合模型作为十字激光与管板在该几何安装条件下的视觉标定方程。

在具体的焊接高度检测过程中，需要保证CCD相机在固定的机床Z坐标下拍照，以保证CCD相机在焊接高度方向不受其他因素的影响。首先，选择标准管，记录十字激光打在该管子时的激光交点坐标y₀，移动焊枪到标定管子附近，根据钨极的长度和焊枪的角度设定初始焊接高度，该交点坐标y₀和初始焊接高度为标准值，在对其他的管子进行焊接前，拍照获取十字激光在该管子的交点坐标y_i，将y₀和y_i的值代入视觉标定方程即可求出当前管子与标准管子焊接高度的变化值，控制焊枪对当前管子进行焊接高度补偿。该方法可以对管板焊接变形进行焊前检测，实现对焊接高度的补偿。具体为，将标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标分别代入上述线性关系中，求出初始焊接高度下待焊接管子与标准管之间焊接高度的变化值h₁，该变化值h₁即为焊接高度补偿值；在初始焊接高度下，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的左下方，则将该焊枪向远离管板方向移动，移动的距离为焊接高度补偿值h₁，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的右上方，则将该焊枪向管板方向移动，移动的距离为焊接高度补偿值h₁；若待焊接管子十字激光交点坐标与标准管十字激光交点坐标重合，则保持焊枪与管板之间的距离不变。

步骤二：计算标准管在初始焊接高度焊接时的标定电压，并确定标定电压的阈值范围，以待焊接管子进行焊前补偿后的焊接高度为开始实时补偿的焊接高度开始进行焊接。具体包括：电弧电压采样、确定标定电压、弧压实时跟踪。

如图7所示，弧压实时跟踪组件主要包括继电器、电压变换器、焊机、控制器组成，然后将采集的数据传输给工控机进行处理。

采用经验法或者实测法获取标准管焊接时的标定电压，其中，采用实测法获取管板焊接时的标定电压包括以下步骤：将焊枪与管板之间的距离调整为初始焊接高度，开启焊枪焊接，并采集焊枪绕标准管焊接一圈过程中所有峰值电压，将所有峰值电压按从小到大的顺序进行排列，取排列后峰值电压的中位数作为待焊接管子焊接时的标定电压。具体为：首先根据钨极的长度和焊枪的角度设定焊接高度，然后起动焊机产生电弧，当焊枪绕着标准件管子开始旋转焊接时，工控机每间隔20ms通过控制器采集1次电弧电压，以直流脉冲电压周期400ms(峰值阶段200ms、基值阶段200ms)，焊枪绕标准件管子旋转1圈20s为例，待1个标准件管子焊接完毕，共采集到1000个电弧电压，峰值电压基值电压各500个，根据相关研究，峰值电压为焊接过程中的有效电压，基值电压仅起到稳弧的作用。本发明采用滤波的方法提取电弧电压中的峰值电压，并将峰值电压按从小到大的顺序进行排列，取这些峰值电压的中位数作为管子旋转焊接1圈的标定电压。为了保证弧压跟踪的稳定可靠，需要设定标定电压的阈值范围，即确定最大阈值电压和最小阈值电压，仅当待焊接管子计算的实时电压超出阈值电压范围，控制器才会调节焊枪的焊接高度。

在弧压实时跟踪的过程中，本发明采用的方法是在直流脉冲的峰值阶段计算实时的峰值电压，在基值阶段调节焊接高度。具体的为，当控制器接收到峰值信号，等待20ms避开电压上升沿的突变，然后每间隔20ms采集1次峰值电压，若采集的峰值电压超出3倍前述所述的阈值电压范围，则不保存该峰值电压，反之则保存该峰值电压，当控制器采集到5个峰值电压时，对这5个峰值电压求平均值，并将其作为实时电压。当实时电压大于前述所述的最大阈值电压，则焊枪朝着靠近管板的方向步进0.1mm，直到实时峰值电压在前述所述的阈值电压范围，焊枪停留在原地；当实时峰值电压小于前述所述的最小阈值电压，则焊枪朝着远离管板的方向步进0.1mm，直到实时峰值电压在前述所述的阈值电压范围，焊枪停留在原地，以此方式，直至完成整个管子的焊接。

如图2所示，本发明还提供了一种实现上述全自动管板焊接的焊前-实时焊接高度控制方法的装置，包括基座以及集成于该基座上的激光视觉组件1、焊接组件3、激光传感器2、弧压实时跟踪组件和工控机，其中，

所述激光视觉组件1用于发射构建的十字激光并根据需要对管板或者待焊接管子进行拍照；

所述焊接组件3包括依次连接的焊枪轴、旋转部件31和焊枪32；

所述激光传感器2用于测量管板与所述焊接组件3之间的距离；

所述弧压实时跟踪组件用于实时跟踪和测量所述焊枪32在焊接过程中的峰值电压，并根据该实时测量的峰值电压控制调节所述焊枪32的焊接高度；

所述工控机根据所述激光视觉组件1反馈的图片建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系、标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标，并根据所述线性关系、求取标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标计算待焊接管子的焊接高度的变化值，以获取待焊接管子补偿后的焊接高度，同时还用于在标准管子焊接过程中处理所述弧压实时跟踪组件反馈的峰值电压以获取平均电压值与阈值范围的关系。待焊接管子的实时电压值由控制器采集和计算。

如图7所示，所述弧压实时跟踪组件包括依次相连的继电器、电压变换器、焊机和控制器。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全自动管板焊接的焊接高度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1构建管板的多个十字激光交点坐标，对管板的多个十字激光交点坐标进行拟合，建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系；

S2根据钨极的长度和焊枪的角度在标准管处设定初始焊接高度，并在预设的拍照坐标下获取标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标,并根据所述线性关系、标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标计算出待焊接管子焊接高度的变化值，并以此对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿；

S3计算标准管在初始焊接高度焊接时的标定电压，并确定标定电压的阈值范围，以待焊接管子进行焊前补偿后的焊接高度为开始实时补偿的焊接高度开始进行焊接；

S4采用滤波的方法采集焊接过程中多个连续的实时峰值电压值，并计算预设时段内N个连续的实时峰值电压值的平均电压值，将该平均电压值视为预设时段内的实时电压，根据所述实时电压与阈值范围的关系，实时调整焊枪与管板的距离，直到某一预设时段内所采集的实时电压在所述阈值范围内，保持焊枪与管板的距离不变继续焊接；

S5重复S4，直至完成整个待焊接的管子与管板的焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，构建管板的多个十字激光交点坐标包括以下子步骤：

S11在预设的拍照坐标下将十字激光发射器发射的十字激光照射在管板的空白位置上，然后均匀调整十字激光发射器和CCD相机(14)与管板之间的距离，十字激光发射器和CCD相机(14)与管板之间的距离每加L，CCD相机(14)则拍摄一张十字激光条纹的图片；

S12对于其中一张十字激光条纹的图片，在该图片上建立同心环，该同心环将所述十字激条纹分成上部区域、下部区域、左部区域、右部区域四个区域；

S13分别提取所述四个区域的像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息，然后根据各个区域像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息获取各个区域中心坐标；

S14上部区域和下部区域的中心坐标的连线与左部区域和右部区域的中心坐标的连线的交点即为该图片对应的管板十字激光交点坐标；

S15重复步骤S12～S14，直至获取所有图片对应的管板十字激光交点坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用最小二乘法对管板的多个十字激光交点坐标进行拟合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标的获取方法相同，其中，获取待焊接管子十字激光交点坐标具体包括以下子步骤：

S21在预设的拍照坐标下将十字激光照射在待焊接管子上，打开CCD相机(14)对待焊接管子进行拍照，以获取具有十字激光条纹的管板的图片；

S22在该图片上建立同心环，其中，该同心环的小圆的面积需要完全覆盖该待焊接管子的焊接面积，进而该同心环将所述十字激光条纹分成上部区域、下部区域、左部区域、右部区域四个区域；

S23分别提取所述四个区域的像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息，然后根据各个区域像素点的个数以及各个像素点对应的坐标信息获取各个区域中心坐标；

S24上部区域和下部区域的中心坐标的连线与左部区域和右部区域的中心坐标的连线的交点即为待焊接管子十字激光交点坐标。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿包括以下子步骤：

S31将标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标分别代入所述线性关系中，求出在相同的预设的拍照坐标下待焊接管子与标准管之间焊接高度的变化值，该变化值即为待焊接管子的焊接高度补偿值；

S32在相同的预设的拍照坐标下，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的左下方，则将该焊枪向远离管板方向移动，移动的距离为所述焊接高度补偿值，若待焊接管子十字激光交点坐标位于标准管十字激光交点坐标的右上方，则将该焊枪向靠近管板方向移动，移动的距离为焊接高度补偿值；若待焊接管子十字激光交点坐标与标准管十字激光交点坐标重合，则保持焊枪与管板之间的距离不变。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用经验法或者实测法获取管板焊接时的标定电压，其中，采用实测法获取管板焊接时的标定电压包括以下步骤：调整焊枪与管板之间的距离为始焊接高度，开启焊枪焊接，并采集焊枪绕标准管焊接一圈过程中所有峰值电压，将所有峰值电压按从小到大的顺序进行排列，取排列后峰值电压的中位数作为待焊接管子焊接时的标定电压。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，若所述实时电压值在阈值范围内，则保持该焊枪与管板的距离不变，继续焊接，若所述实时电压值大于阈值范围的最大值，则将该焊枪向靠近管板方向移动，若所述实时电压值小于阈值范围的最小值，则将该焊枪向远离管板方向移动。

8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，在采用滤波的方法采集多个连续的实时峰值电压值过程中，若所采集的实时峰值电压值大于3倍的阈值范围的最大值，则剔除该实时峰值电压值。

9.一种实现权利要求1-8任一项全自动管板焊接的焊接高度控制方法的装置，其特征在于，包括基座以及集成于该基座上的激光视觉组件(1)、焊接组件(3)、激光传感器(2)、弧压实时跟踪组件和工控机，其中，

所述激光视觉组件(1)包括CCD相机(14)以及设于该CCD相机(14)上的十字激光发射器，所述十字激光发射器用于发射构建的十字激光，所述CCD相机(14)用于根据需要对管板或者待焊接管子进行拍照；

所述焊接组件(3)包括依次连接的焊枪轴、旋转部件(31)和焊枪(32)；

所述激光传感器(2)用于测量管板与所述焊接组件(3)之间的距离；

所述弧压实时跟踪组件用于实时跟踪和测量所述焊枪(32)在焊接过程中的峰值电压，并根据该实时测量的峰值电压控制调节所述焊枪(32)的焊接高度；

所述工控机根据所述激光视觉组件(1)反馈的图片建立管板十字激光交点坐标与管板焊接高度的线性关系、求取标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标，并根据所述线性关系、标准管十字激光交点坐标和待焊接管子十字激光交点坐标获取待焊接管子焊接高度的变化值，并以此对待焊接管子焊接高度进行焊前补偿，同时还用于在标准管子焊接过程中处理所述弧压实时跟踪组件反馈的峰值电压以获取平均电压值与阈值范围的关系。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述弧压实时跟踪组件包括依次相连的继电器、电压变换器、焊机和控制器；所述十字激光发射器包括第一单线激光器(11)和第二单线激光器(12)，所述第一单线激光器(11)发射竖线激光，所述第二单线激光器(12)发射横线激光。

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