CN111375945A - 焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法，属于焊接自动化领域。包括龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器、图像采集卡、焊枪、焊机、控制柜，龙门式三轴焊接平台由刚体支架、焊接平台操作区、三轴龙门式组合模组三部分组成，并设有绝对坐标系o‑xyz；三轴龙门式组合模组分为包含x轴辅助导轨的x主轴模组、y轴模组、z轴模组；焊接平台操作区固定在刚体支架的中部，x主轴模组、x轴辅助导轨固定在钢体支架的上部，y轴模组的两端分别滑动连接在x主轴模组、x轴辅助导轨上，z轴模组滑动连接在y轴模组上。优点在于：自动实时识别焊缝轨迹，自动控制焊枪运动，去除人工示教，增加焊接装置的灵活性，提高焊接效率。

Description

焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，具体涉及焊接轨迹自动识别技术，特别涉及熔化极气体保护焊轨迹识别技术，尤指一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法。

背景技术

在焊接领域，焊接自动化技术与人工焊接相比焊接速度、焊接质量显著增加，焊接精度和稳定性显著提升，受到焊接工作者们日益青睐。但目前焊接机器人多为人工示教型，即对于每一种焊缝施焊都要在焊前编辑对应的焊接程序，严重阻碍焊接机器人焊接效率的提升：

(1)基于人工示教焊接机器人对于不同形状焊缝焊接的适应性较差，当单批量焊接生产或改变焊缝形状时，尤其是户外机器人施焊，其不灵活性凸显出来。

(2)基于人工示教焊接机器人会显著增加焊前准备时间，降低焊接效率，特别对于长直线焊缝、曲线焊缝会由于焊前编程，焊前工件安装定位，焊前人工示教极大增加焊前准备时间，甚至使得焊前准备时间远超过真正施焊时间。

(3)基于人工示教焊接机器人存在焊接精度不良现象，焊前由于工件安装误差(焊缝中线曲线与人工示教焊枪运行路线并非空间平行)，焊枪运动误差，焊接过程中工件热变形会使得焊接过程中焊枪与焊缝中心存在偏差，焊接精度相对较低。

目前为了解决人工示教带来的焊接机器人灵活性不强，焊接效率不高，焊接精度不高的技术问题，当前焊接工作者采用如下两种技术方案：

(1)CCD拍摄整体焊缝，拟合焊缝中心线曲线，避免人工示教；

该技术主要思路为：将待焊接件定位在焊接平台上，采用一位置固定的CCD相机拍摄整个焊缝，后通过焊缝区域选择，提取焊缝中心线，再结合坐标转换矩阵，获取基于焊接平台绝对坐标系的焊缝中心线曲线；接着工控机将该曲线进行信息转化并反馈给下方控制器，控制焊枪沿着该曲线焊接运行。

该技术存在以下缺陷：

1)该技术对短焊缝，间隙较大焊缝(包括平面直线焊缝、平面曲线焊缝)较为适合，对于长焊缝、存在高度差、焊间距较小的焊缝，该技术因无法精确拟合整个焊缝中心线坐标曲线而不再适用。

2)该技术即使在焊前通过CCD相机精确拟合整个焊缝中心线坐标曲线，下放给控制器控制焊枪运动施焊，但是由于在焊接过程中无法感知因工件热变形带来的焊枪与焊缝中心的偏差，其焊接精度不高。

3)由于在施焊前采用固定的CCD相机拍摄整个焊缝定位焊缝中心点坐标拟合整个焊缝中心线坐标曲线，所以在拍摄照片时对周围光照环境要求较为苛刻，常见的焊接环境难以达到其要求。

(2)采用激光焊缝跟踪技术；

激光焊缝跟踪技术的主要技术思想为：为焊接机器人添加激光视觉传感器；

首先焊前对人工示教焊接机器人进行人为编程，在焊接过程中激光视觉传感器实时感知焊枪与焊缝中心的高度偏差和横向偏差，后将偏差信息反馈给下方控制器，控制器调节焊枪运动消除该偏差。该技术能够在焊接过程中实时感知焊枪与焊缝中心的偏差并自动调控焊枪运动消除该偏差更进一步提高焊接精度，在成批量焊件生产过程，由于只需要对该批量焊件一次人工编程，该技术配合自动精确定位装置显著提升焊接效率和焊接精度。

但是该技术也存在以下缺陷：当少批量或单个焊件生产时该焊接技术不能够免去繁琐人工示教带来的焊前准备时间较长的影响，在该方面其焊接效率难以得到进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明无需人工示教，极大提高了焊接效率，且为空间曲线焊缝自动化焊接提供了可能性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置，包括工控机、龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器6、图像采集卡、焊枪5、焊机、控制柜。

所述的一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置，其特征在于：龙门式三轴焊接平台由刚体支架8、焊接平台操作区7、三轴龙门式组合模组三部分组成，并设有绝对坐标系o-xyz；三轴龙门式组合模组分为包括x轴辅助导轨的x主轴模组1、y轴模组9、z轴模组2；焊接平台操作区7固定在刚体支架8的中部，x主轴模组1、辅助x轴导轨固定在钢体支架8的上部，y轴模组9的两端分别滑动连接在x主轴模组、辅助x轴导轨上，z轴模组2滑动连接在y轴模组9上；三轴龙门式组合模组采用研磨滚珠丝杠，重复定位精度为0.02mm；三轴龙门式组合模组应用三个伺服电机自动控制；三个伺服电机通过控制器连接到运动控制卡上，限位开关、原点光电输出信号端均直接连接到运动控制卡上，通过相应的自动控制软件控制该龙门式三轴焊接设备运作。

所述的一种焊缝轨迹自动识别焊接装置，其特征在于：激光视觉传感器6内部包含工业CCD相机18、线激光发生器14；激光视觉传感器6通过激光视觉传感器固定角座20固定在连接板3下端处，焊枪5通过焊枪固定卡扣4刚性固定连接在连接板3下端处，连接板3上部通过螺栓与龙门式三轴焊接平台z轴模组2下端固定连接，连接板3上部开有多个等距螺栓孔，可实现连接板3相对于z轴模组2上下手调移动；激光视觉传感器6、焊枪5、连接板3刚性固定，焊枪5可通过焊枪固定卡扣4的松紧手动调节焊枪端部与工业CCD相机18镜头中心的距离；工业CCD相机光轴线、焊枪下端导出焊丝轴线、线激光发生器14光轴线位于同一平面，工业CCD相机光轴线与焊枪下端导出焊丝轴线在该平面上平行、线激光发生器光轴线与工业CCD相机光轴线在该平面上存在一定夹角，且夹角可通过角度调节旋钮12调节，使激光线调节到工业CCD相机视野中心；线激光发生器14产生的激光线强度和线宽可通过控制柜手动调节，且线激光发生器14产生的激光线必须与龙门式三轴焊接平台的y轴方向平行；

所述的一种焊缝轨迹自动识别焊接装置，其特征在于：工业CCD相机18通过相机固定卡扣19固定到激光视觉传感器6的壳体上，工业CCD相机传感线通过CCD相机传感线接头10与工控机相连接；线激光发生器14置于线激光发生器固定环16内；工业CCD相机18通过千兆网接口与图像采集卡相连接，将实时采集到的焊缝图像输入图像采集卡储存并转化，图像采集卡输出端与工控机通过千兆网接口相连接，将图像依次传输给工控机进行图像处理，提取焊缝坡口中心点坐标信息；线激光发生器14的通断线路通过固态继电器与运动控制卡的I/O开关连接，通过运动控制卡的I/O开关通断控制线激光发生器14的通断。

本发明的另一目的在于提供一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置的焊接方法；包括以下步骤：

S1、运动参数标定：

S1.1求取dh关于v函数；

焊缝坡口中心点高度方向变化dh与坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值变化存在对应关系；坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值与坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’有关，d’是关于v的函数，实际上d’很难测量，但是当d’只在小范围内出现波动时，由d’波动带来的高度差dh与坡口中心点在CCD成像的像素坐标系o-uv的坐标v呈线性关系：

dh＝a’v+c’；

a’、c’为此一元函数的常数；

dh＝a’v+c’函数测定方法：

步骤一：安装焊枪和激光视觉传感器，使焊枪竖直向下，垂直xy平面，调整焊枪，确定焊枪端点到焊缝距离d，在实际焊接过程中d为一定值，范围在5-10mm，CCD成像在焊枪末端拍摄范围为50mm×60mm；在焊接台上，放置一标准待焊接件，激光线垂直焊缝打在标准待焊接件表面并平行于龙门式三轴焊接平台的y轴方向；

步骤二：将此刻的坡口中心点在像素o-uv坐标系下的v轴坐标值对应的dh设定为0，也即当焊枪端点到焊缝距离为d时，dh＝0；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，每一次移动后工控机经过图像处理，求取坡口中心点v轴坐标值；

步骤三：拟合坡口中心点v坐标值与dh的线性曲线，求取dh＝a’v+c’线性方程；

S1.2、求取dl关于du函数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’一定时，坡口中心点在横向变化实际距离量dl与对应的坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系u坐标值变化量du成正比，即：

dl＝k×du；

k为正比例系数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’变化时，k值也会变化，由于实际上d’很难测量，但是d’产生高度差dh时，k值也会相应变化，dh与k呈现一元线性关系；

k＝a×dh+c；

故：dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du函数测定方法：

步骤一：调整焊枪端点到焊缝距离为d，设定dh＝0；

步骤二：调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k0，求取k0值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，再次调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k1，求取k1值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

步骤三：重复以上动作，拟合k＝a×dh+c曲线，求取a、c的值，经过转换得：dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

S2、焊缝轨迹自动识别，自动焊接；

S2.1、焊前准备

S2.1.1、将焊接件固定到焊接工作台，大致使焊缝平行x轴方向；

S2.1.2、通过工控机手动调节功能，调整焊枪端点在起弧点处到焊缝距离为d；

S2.1.3、启动线激光发生器，通过工控机手调功能，使激光线中心点沿着x轴方向移动到起弧点，记录该路径1；

S2.1.4、确定相机的拍摄帧数s，启动CCD相机，同时焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向向起弧点移动；移动过程中线激光发生器产生的线激光不断扫掠未施焊的焊缝，CCD相机不断拍摄带有激光线焊缝图片；

S2.1.5、通过图像处理技术实时对带有激光线焊缝图片进行处理，提取焊缝图片中焊缝边缘两特征点像素坐标(u¹，v¹)和(u²，v²)，对其求取中心点获得坡口中心点像素坐标(u，v)；运动过程中，CCD相机获取的坡口中心点为一系列离散的点：0，1，2，3，4......n......，其对应的像素坐标为(u0，v0)，(u1，v1)，(u2，v2)，(u3，v3)，(u4，v4)......(un，vn).......，其中(u0，v0)对应为起弧点处；

S2.1.6、设定相对坐标O-XYZ，XYZ轴与xyz轴平行，坐标原点O设置在起弧点0点处，设定时间段t，最好为整数，则在该段时间内相机会拍摄图片数目w为：

w＝t×s；

S2.2、将整个焊接运动，分为两部分，一是在O-XY平面上匀速曲线运动，二是在Z轴方向上匀速直线运动；

焊枪在Z轴方向上的运动速度为：V_Zj＝V_焊×sinβ_j；

焊枪在O-XY平面上的运动速度为：V_XYj＝V_焊×cosβ_j；

其中：

j＝1，2，3，4......；

β_j为在第j个时间段t内，O(w-1)直线与O-XY面的夹角；

当j增加1时变为j+1时，相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到第j个时间段t内w-1点处，则第j+1个时间段t的相对坐标系O-XYZ的坐标原点为第j个时间段t内w-1点；

S2.3、拟合第j个时间段t内焊缝在O-XY平面上坐标曲线L_j；

S2.3.1、求取在第j个时间段t内，各点X轴上坐标X_ji；

在第j个时间段t内：0，1，2，3......w-1点在X轴上是等间距，间距为

其中：

ɑ_j-1：焊枪在第j-1次时间段t内，运行路线与X轴的夹角；

特有的，当j＝1时：由于焊枪是沿着x轴运动到起弧点，则ɑ₀＝0；则在第j个时间段t内0，1，2，3，4......w-1点在X轴坐标为：

X_ji＝i×r_j；

S2.3.2、求取在第j个时间段t内，各点Y轴上坐标Y_ji；

对于j＝1时：分别求取1，2，3，4......w与0点的du_i，i＝0，1，2，3......w-1；v_i和du_i依次代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du，即可求得0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i；

对于j＝2时：取第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_2i值，根据第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_2i、第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i确定第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_2i，即：Y_2i＝Y_1i+dl_2i；

对于j>2时：取第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_ji值，根据第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_ji、第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_(j-1)i确定第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_ji，即Y_ji＝Y_(j-1)i+dl_ji；

S2.3.3、拟合坐标曲线L_j：在第j个时间段t内，对应0，1，2，3，4......w-1在O-XY坐标系上坐标为(X_ji，Y_ji)，对这w个点进行最小二乘法拟合曲线，要求该曲线必过O-XY原点，记录曲线为L_j；

S2.4、求取第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离；

在第j个时间段t内：将w-1点的v坐标，代入到dh＝a’v+c’函数中得w-1在Z轴上的坐标值：Z_j(w-1)；即第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离为Z_j(w-1)；

S2.5、自动焊接

在第j个时间段t内：根据w-1点在相对坐标内坐标为(X_ji，Y_ji，Z_j(w-1))，求取Ow_-1直线与O-XY面的夹角β_j；

将β_j代入步骤S2.2中求V_Zj和V_XYj，在第j个时间段t内，z轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ上从0点以V_Zj速度向着w-1点运动，同时xy轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ内0点以V_xyj速度沿着曲线为L_j运动；具体如下：

设定起弧停留时间t_起，焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向运动到起弧点后，焊枪停留时间为t_起，此间过滤掉CCD相机在t_起拍摄的图片，后焊接速度V_焊分成两部分：焊枪在第1个t时间段内在Z轴方向上，从0点以V_Z1速度向着w-1点运动；焊枪在第1个t时间段内在相对坐标系O-XYZ内，从0点以V_xy1速度沿着曲线为L₁运动；

当第1个t时间结束时，焊枪运动到第1个时间段t内的w-1点，此时相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到w-1点处，以此作为第2个时间段t的运动控制的新相对坐标系O-XYZ，焊枪在第1个时间段t运动中，系统已经自动得出第2个时间段t的V_Z2、V_XY2、Z_2(w-1)、L₂，根据这些参数反馈给下方控制器，自动控制第2个时间段t内的焊枪运动；

S3、反复进行步骤S2，直到熄弧点；

S4、熄弧点控制，当CCD相机检测到激光线在像素位置发生突变时，此位置为焊缝边缘，但该点不是熄弧点，焊缝边缘与熄弧点之间间距约为2～5mm，输入间距值q，假定CCD相机从熄弧点到焊缝边缘为直线运动，且运动速度为V_焊，则熄弧点到焊缝边缘之间有q/V_焊×s个检测点，倒推熄弧点位置，当焊枪到熄弧点时，CCD相机，激光器停止运作，设定熄弧时间t_熄，熄弧时间一结束，熄弧，焊枪运动停止。

本发明的有益效果在于：

1、该焊接装置自动实时识别焊缝轨迹，自动控制焊枪运动，去除人工示教，增加焊接装置的灵活性，提高焊接效率。

2、本发明提供一种分段式焊缝轨迹识别技术，采用一种边焊接边拟合焊缝中心曲线的方式，分段式焊缝轨迹识别，避免较大累计偏差的产生，保证较高的焊缝精度；

3、本装置特别适合于直线焊缝，平面曲线焊缝，也特别适合于具有高度差的焊缝；

4、本发明在移动相对坐标系下，分段式焊缝轨迹识别，利用工业CCD相机获取的后一小段焊缝轨迹各坡口中心点像素坐标，与前一段对比，对前一段焊缝轨迹的拟合的坐标曲线修正，将其作为后一段焊缝轨迹的拟合的坐标曲线，简化了相机标定、机床坐标系标定、坐标矩阵转化等复杂工序，减弱对机床绝对坐标系的依赖性，增加了该系统的灵活性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置结构示意图；

图2为本发明的激光视觉传感器内部的结构示意图；

图3为本发明的焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置控制示意图；

图4为本发明的焊缝轨迹自动识别分段式运动控制原理示意图；

图5为本发明的工控机界面示意图。

图中：1、x主轴模组；2、z轴模组；3、连接板；4、焊枪固定卡扣；5、焊枪；6、激光视觉传感器；7、焊接平台操作区；8、刚体支架；9、y轴模组；10、CCD相机传感线接头；11、线激光发生器传感线接头；12、角度调节旋钮；13、固紧螺帽；14、线激光发生器；15、普通透光片；16、线激光发生器固定环；17、滤光片；18、工业CCD相机；19、相机固定卡扣；20、激光视觉传感器固定角座。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图5，本发明的焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法，包括工控机、龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器、图像采集卡、焊枪、焊机、控制柜；本发明提供一种焊缝轨迹自动识别方法，在移动的相对坐标系下，分段式拟合焊缝轨迹；利用激光视觉传感器获取的后一小段焊缝轨迹各坡口中心点像素坐标，与前一段对比，对前一段焊缝轨迹的拟合坐标曲线修正，将其作为后一段焊缝轨迹的拟合坐标曲线，后将该曲线转化为各轴运动控制信息，进行运动自动控制；无需人工示教，装置自行运动控制，极大提高了焊接效率，为空间曲线焊缝自动化焊接提供了可能性。

参见图1至图3所示，本发明的一种焊缝轨迹自动识别焊接装置，包括工控机、龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器、图像采集卡、焊枪、焊机、控制柜。

所述的龙门式三轴焊接平台由刚体支架8、焊接平台操作区7、三轴龙门式组合模组三部分组成，并设有绝对坐标系o-xyz；三轴龙门式组合模组分为包括x轴辅助导轨的x主轴模组1、y轴模组9、z轴模组2；焊接平台操作区7固定在刚体支架8的中部，x主轴模组1、辅助x轴模组固定在钢体支架8的上部，y轴模组9的两端分别滑动连接在x主轴模组1、辅助x轴导轨上，z轴模组2滑动连接在y轴模组9上；三轴龙门式组合模组采用研磨滚珠丝杠，重复定位精度为0.02mm；三轴龙门式组合模组应用三个伺服电机自动控制；三个伺服电机通过控制器连接到运动控制卡上，限位开关、原点光电输出信号端均直接连接到运动控制卡上，通过相应的自动控制软件控制该龙门式三轴焊接设备运作。

所述的激光视觉传感器6内部包含工业CCD相机18、线激光发生器14；工业CCD相机18通过相机固定卡扣19固定到激光视觉传感器的壳体上，工业CCD相机传感线通过CCD相机传感线接头10与工控机相连接；线激光发生器14通过线激光发生器传感线接头11与工控机相连接，控制机自动控制工业CCD相机18与线激光发生器14的工作；线激光发生器14置于线激光发生器固定环16内，线激光发生器固定环16内径略大于线激光发生器14外径，并在线激光发生器固定环壁处开有螺栓通孔，线激光器角度调节旋钮螺栓旋入线激光发生器固定环壁处螺栓通孔，处于拧紧状态，线激光发生器14被固定在线激光发生器固定环16内；固紧螺帽13为一对，共两个，分别位于激光视觉传感器壳体内外两侧，待线激光器角度调节螺栓调整好线激光发生器角度后，旋紧两个固紧螺帽13，旋向方向相反，将线激光器角度调节旋钮12螺栓，线激光发生器固定环16，线激光发生器14整体刚性固定在激光视觉传感器壳体上；工业CCD相机镜头正下方存在滤光片17，线激光发生器14下方存在透光孔，其透光孔上为普通透光片15即可，滤光片允许透过的光波长依据线激光发生器产生的线激光波长选定，如线激光波长650nm，滤光片允许通过波长650nm±10nm；激光视觉传感器6通过激光视觉传感器固定角座20固定在连接板3下端处，焊枪5通过焊枪固定卡扣4刚性固定连接在连接板3下端处，连接板3上部通过螺栓与龙门式三轴焊接平台z轴模组2下端固定连接，连接板3上部开有多个等距螺栓孔，可实现连接板3相对于z轴模组2上下手调移动；激光视觉传感器6、焊枪5、连接板3刚性固定，焊枪5可通过焊枪固定卡扣4的松紧手动调节焊枪端部与工业CCD相机18镜头中心的距离；工业CCD相机光轴线、焊枪下端导出焊丝轴线、线激光发生器14光轴线位于同一平面，工业CCD相机光轴线与焊枪下端导出焊丝轴线在该平面上平行、线激光发生器光轴线与工业CCD相机光轴线在该平面上存在一定夹角，且夹角可通过角度调节旋钮12调节，使激光线调节到工业CCD相机视野中心；线激光发生器14产生的激光线强度和线宽可通过控制柜手动调节，且线激光发生器14产生的激光线必须与龙门式三轴焊接平台的y轴方向平行；

所述的工业CCD相机18通过相机固定卡扣19固定到激光视觉传感器6的壳体上，工业CCD相机传感线通过CCD相机传感线接头10与工控机相连接；线激光发生器14置于线激光发生器固定环16内；工业CCD相机18通过千兆网接口与图像采集卡相连接，将实时采集到的焊缝图像输入图像采集卡储存并转化，图像采集卡输出端与工控机通过千兆网接口相连接，将图像依次传输给工控机进行图像处理，提取焊缝坡口中心点坐标信息；线激光发生器14的通断线路通过固态继电器与运动控制卡的I/O开关连接，通过运动控制卡的I/O开关通断控制线激光发生器14的通断。

焊接启动开关线路通过固态继电器，与运动控制卡的I/O开关连接，通过运动控制的I/O开关通断控制焊接起弧和熄弧，熔化极气体保护焊的送丝自动控制通过焊机自动控制，无需再通过工控机控制；

本发明主要核心思想是移动相对坐标系O-XYZ下，分段式焊缝轨迹识别，并将每小段焊缝轨迹自动转化为相对坐标系O-XYZ下O-XY平面内匀速运动和O-Z轴上匀速直线运动；在O-XY平面内利用CCD相机获取的后一小段焊缝轨迹各坡口中心点像素坐标，与前一段对比，对前一段焊缝轨迹的拟合的坐标曲线修正，将其作为后一段焊缝轨迹的拟合的O-XY坐标曲线，该系统自行在相对坐标系下控制焊枪运动，由于把前一小段焊缝轨迹的末端作为后一下段焊缝轨迹的运动起点，降低了运动的震动，增加运动的平稳性，简化了相机标定、机床坐标系标定、坐标矩阵转化等复杂工序，减弱对机床绝对坐标系的依赖性，增加了该系统的灵活性；

该系统配备相应的控制软件，用户界面分为焊缝实时路径显示区，人工操作板块，自动控制板块；焊枪输入必要焊接参数，首先人工调节使焊枪进入预定位置，后自动焊接过程中，焊缝实时路径显示区实时显示焊缝路径，自动控制直到熄弧点处结束焊接，无需人工示教。

本发明提供的焊缝轨迹识别及焊枪运行自动控制，控制精度在0-0.1mm，可实现高质量、高精度焊接。

参见图4至图5所示，本发明的一种焊缝轨迹自动识别焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：

S1、运动参数标定：

S1.1求取dh关于v函数；

焊缝坡口中心点高度方向变化dh与坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值变化存在对应关系；坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值与坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’有关，d’是关于v的函数，实际上d’很难测量，但是当d’只在小范围内出现波动时，由d’波动带来的高度差dh与坡口中心点在CCD成像的像素坐标系o-uv的坐标v呈线性关系：

dh＝a’v+c’；

a’、c’为此一元函数的常数；

dh＝a’v+c’函数测定方法：

步骤一：安装焊枪和激光视觉传感器，使焊枪竖直向下，垂直xy平面，调整焊枪，确定焊枪端点到焊缝距离d，在实际焊接过程中d为一定值，范围在5-10mm，CCD成像在焊枪末端拍摄范围为50mm×60mm；在焊接台上，放置一标准待焊接件，激光线垂直焊缝打在标准待焊接件表面并平行于龙门式三轴焊接平台的y轴方向；

步骤二：将此刻的坡口中心点在像素o-uv坐标系下的v轴坐标值对应的dh设定为0，也即当焊枪端点到焊缝距离为d时，dh＝0；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，每一次移动后工控机经过图像处理，求取坡口中心点v轴坐标值；

步骤三：拟合坡口中心点v坐标值与dh的线性曲线，求取dh＝a’v+c’线性方程；

S1.2、求取dl关于du函数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’一定时，坡口中心点在横向变化实际距离量dl与对应的坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系u坐标值变化量du成正比，即：

dl＝k×du；

k为正比例系数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’变化时，k值也会变化，由于实际上d’很难测量，但是d’产生高度差dh时，k值也会相应变化，dh与k呈现一元线性关系；

k＝a×dh+c；

故：dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du函数测定方法：

步骤一：调整焊枪端点到焊缝距离为d，设定dh＝0；

步骤二：调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k0，求取k0值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，再次调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k1，求取k1值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

步骤三：重复以上动作，拟合k＝a×dh+c曲线，求取a、c的值，经过转换得：dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

S2、焊缝轨迹自动识别，自动焊接；

S2.1、焊前准备

S2.1.1、将焊接件固定到焊接工作台，大致使焊缝平行x轴方向；

S2.1.2、通过工控机手动调节功能，调整焊枪端点在起弧点处到焊缝距离为d；

S2.1.3、启动线激光发生器，通过工控机手调功能，使激光线中心点沿着x轴方向移动到起弧点，记录该路径1；

S2.1.4、确定相机的拍摄帧数s，启动CCD相机，同时焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向向起弧点移动；移动过程中线激光发生器产生的线激光不断扫掠未施焊的焊缝，CCD相机不断拍摄带有激光线焊缝图片；

S2.1.5、通过图像处理技术实时对带有激光线焊缝图片进行处理，提取焊缝图片中焊缝边缘两特征点像素坐标(u¹，v¹)和(u²，v²)，对其求取中心点获得坡口中心点像素坐标(u，v)；运动过程中，CCD相机获取的坡口中心点为一系列离散的点：0，1，2，3，4......n......，其对应的像素坐标为(u0，v0)，(u1，v1)，(u2，v2)，(u3，v3)，(u4，v4)......(un，vn).......，其中(u0，v0)对应为起弧点处；

S2.1.6、设定相对坐标O-XYZ，XYZ轴与xyz轴平行，坐标原点O设置在起弧点0点处，设定时间段t，最好为整数，则在该段时间内相机会拍摄图片数目w为：

w＝t×s；

S2.2、将整个焊接运动，分为两部分，一是在O-XY平面上匀速曲线运动，二是在Z轴方向上匀速直线运动；

焊枪在Z轴方向上的运动速度为：V_Zj＝V_焊×sinβ_j；

焊枪在O-XY平面上的运动速度为：V_XYj＝V_焊×cosβ_j；

其中：

j＝1，2，3，4......；

β_j为在第j个时间段t内，O(w-1)直线与O-XY面的夹角；

当j增加1时变为j+1时，相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到第j个时间段t内w-1点处，则第j+1个时间段t的相对坐标系O-XYZ的坐标原点为第j个时间段t内w-1点；

S2.3、拟合第j个时间段t内焊缝在O-XY平面上坐标曲线L_j；

S2.3.1、求取在第j个时间段t内，各点X轴上坐标X_ji；

在第j个时间段t内：0，1，2，3......w-1点在X轴上是等间距，间距为

其中：

ɑ_j-1：焊枪在第j-1次时间段t内，运行路线与X轴的夹角；

特有的，当j＝1时：由于焊枪是沿着x轴运动到起弧点，则ɑ₀＝0；则在第j个时间段t内0，1，2，3，4......w-1点在X轴坐标为：

X_ji＝i×r_j；

S2.3.2、求取在第j个时间段t内，各点Y轴上坐标Y_ji；

对于j＝1时：分别求取1，2，3，4......w与0点的du_i，i＝0，1，2，3......w-1；v_i和du_i依次代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du，即可求得0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i；

对于j＝2时：取第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_2i值，根据第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_2i、第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i确定第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_2i，即：Y_2i＝Y_1i+dl_2i；

对于j>2时：取第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_ji值，根据第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_ji、第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_(j-1)i确定第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_ji，即Y_ji＝Y_(j-1)i+dl_ji；

S2.3.3、拟合坐标曲线L_j：在第j个时间段t内，对应0，1，2，3，4......w-1在O-XY坐标系上坐标为(X_ji，Y_ji)，对这w个点进行最小二乘法拟合曲线，要求该曲线必过O-XY原点，记录曲线为L_j；

S2.4、求取第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离；

在第j个时间段t内：将w-1点的v坐标，代入到dh＝a’v+c’函数中得w-1在Z轴上的坐标值：Z_j(w-1)；即第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离为Z_j(w-1)；

S2.5、自动焊接

在第j个时间段t内：根据w-1点在相对坐标内坐标为(X_ji，Y_ji，Z_j(w-1))，求取Ow_-1直线与O-XY面的夹角β_j；

将β_j代入步骤S2.2中求V_Zj和V_XYj，在第j个时间段t内，z轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ上从0点以V_Zj速度向着w-1点运动，同时xy轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ内0点以V_xyj速度沿着曲线为L_j运动；具体如下：

设定起弧停留时间t_起，焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向运动到起弧点后，焊枪停留时间为t_起，此间过滤掉CCD相机在t_起拍摄的图片，后焊接速度V_焊分成两部分：焊枪在第1个t时间段内在Z轴方向上，从0点以V_Z1速度向着w-1点运动；焊枪在第1个t时间段内在相对坐标系O-XYZ内，从0点以V_xy1速度沿着曲线为L₁运动；

当第1个t时间结束时，焊枪运动到第1个时间段t内的w-1点，此时相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到w-1点处，以此作为第2个时间段t的运动控制的新相对坐标系O-XYZ，焊枪在第1个时间段t运动中，系统已经自动得出第2个时间段t的V_Z2、V_XY2、Z_2(w-1)、L₂，根据这些参数反馈给下方控制器，自动控制第2个时间段t内的焊枪运动；

S3、反复进行步骤S2，直到熄弧点；

S4、熄弧点控制，当CCD相机检测到激光线在像素位置发生突变时，此位置为焊缝边缘，但该点不是熄弧点，焊缝边缘与熄弧点之间间距约为2～5mm，输入间距值q，假定CCD相机从熄弧点到焊缝边缘为直线运动，且运动速度为V_焊，则熄弧点到焊缝边缘之间有q/V_焊×s个检测点，倒推熄弧点位置，当焊枪到熄弧点时，CCD相机，激光器停止运作，设定熄弧时间t_熄，熄弧时间一结束，熄弧，焊枪运动停止。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置，其特征在于：包括龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器(6)、图像采集卡、焊枪(5)、焊机、控制柜，所述龙门式三轴焊接平台由刚体支架(8)、焊接平台操作区(7)、三轴龙门式组合模组三部分组成，并设有绝对坐标系o-xyz；三轴龙门式组合模组分为包含x轴辅助导轨的x主轴模组(1)、y轴模组(9)、z轴模组(2)；焊接平台操作区(7)固定在刚体支架(8)的中部，x主轴模组(1)、x轴辅助导轨固定在钢体支架(8)的上部，y轴模组(9)的两端分别滑动连接在x主轴模组(1)、x轴辅助导轨上，z轴模组(2)滑动连接在y轴模组(9)上；三轴龙门式组合模组采用研磨滚珠丝杠，重复定位精度为0.02mm；三轴龙门式组合模组应用三个伺服电机自动控制，三个伺服电机通过控制器连接到运动控制卡上，限位开关、原点光电输出信号端均直接连接到运动控制卡上。

2.根据权利要求1所述的焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置，其特征在于：所述的激光视觉传感器(6)内部包含工业CCD相机(18)、线激光发生器(14)；激光视觉传感器(6)通过激光视觉传感器固定角座(20)固定在连接板(3)下端，焊枪(5)通过焊枪固定卡扣(4)刚性固定连接在连接板(3)下端，连接板(3)上部通过螺栓与龙门式三轴焊接平台的z轴模组(2)下端固定连接，连接板(3)上部开有多个等距螺栓孔，可实现连接板(3)相对于z轴模组(2)上下手调移动；激光视觉传感器(6)、焊枪(5)、连接板(3)刚性固定，焊枪(5)可通过焊枪固定卡扣(4)的松紧手动调节焊枪端部与工业CCD相机(18)镜头中心的距离；工业CCD相机光轴线、焊枪下端导出焊丝轴线、线激光发生器(14)光轴线位于同一平面，工业CCD相机光轴线与焊枪下端导出焊丝轴线在该平面上平行，线激光发生器光轴线与工业CCD相机光轴线在该平面上存在一定夹角，且夹角通过角度调节旋钮(12)调节，使激光线调节到工业CCD相机视野中心；线激光发生器(14)产生的激光线强度和线宽通过控制柜手动调节，且线激光发生器(14)产生的激光线必须与龙门式三轴焊接平台的y轴方向平行。

3.根据权利要求2所述的焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置，其特征在于：所述的工业CCD相机(18)通过相机固定卡扣(19)固定到激光视觉传感器(6)的壳体上，工业CCD相机传感线通过CCD相机传感线接头(10)与工控机相连接；线激光发生器(14)置于线激光发生器固定环(16)内；工业CCD相机(18)通过千兆网接口与图像采集卡相连接，将实时采集到的焊缝图像输入图像采集卡储存并转化，图像采集卡输出端与工控机通过千兆网接口相连接，将图像依次传输给工控机，提取焊缝坡口中心点坐标信息；线激光发生器(14)的通断线路通过固态继电器与运动控制卡的I/O开关连接，通过运动控制卡的I/O开关通断控制线激光发生器(14)的通断。

4.一种焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、运动参数标定：

S1.1求取dh关于v函数；

焊缝坡口中心点高度方向变化dh与坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值变化存在对应关系；坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系v轴坐标值与坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’有关，d’是关于v的函数，实际上d’很难测量，但是当d’只在小范围内出现波动时，由d’波动带来的高度差dh与坡口中心点在CCD成像的像素坐标系o-uv的坐标v呈线性关系：

dh＝a’v+c’；

a’、c’为此一元函数的常数；

dh＝a’v+c’函数测定方法：

步骤一：安装焊枪和激光视觉传感器，使焊枪竖直向下，垂直xy平面，调整焊枪，确定焊枪端点到焊缝距离d，在实际焊接过程中d为一定值，范围在5-10mm，CCD成像在焊枪末端拍摄范围为50mm×60mm；在焊接台上，放置一标准待焊接件，激光线垂直焊缝打在标准待焊接件表面并平行于龙门式三轴焊接平台的y轴方向；

步骤二：将此刻的坡口中心点在像素o-uv坐标系下的v轴坐标值对应的dh设定为0，也即当焊枪端点到焊缝距离为d时，dh＝0；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，每一次移动后工控机经过图像处理，求取坡口中心点v轴坐标值；

步骤三：拟合坡口中心点v坐标值与dh的线性曲线，求取dh＝a’v+c’线性方程；

S1.2、求取dl关于du函数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’一定时，坡口中心点在横向变化实际距离量dl与对应的坡口中心点在CCD成像的像素o-uv坐标系u坐标值变化量du成正比，即：

dl＝k×du；

k为正比例系数；

坡口中心点到CCD相机的镜头中心点距离d’变化时，k值也会变化，由于实际上d’很难测量，但是d’产生高度差dh时，k值也会相应变化，dh与k呈现一元线性关系；

k＝a×dh+c；

故：dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du函数测定方法：

步骤一：调整焊枪端点到焊缝距离为d，设定dh＝0；

步骤二：调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k0，求取k0值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

调整z轴模组使焊枪在焊缝高度上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，再次调整z轴模组使焊枪在焊缝横向方向上移动，移动间隔为0.1mm，移动范围为-4mm～4mm，移动后工控机经过图像处理，求取对应的du，根据此80个数据，依据平均值求取k1，求取k1值后，使焊枪在横向方向上回归原位置；

步骤三：重复以上动作，拟合k＝a×dh+c曲线，求取a、c的值，经过转换得：

dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du；

S2、焊缝轨迹自动识别，自动焊接；

S2.1、焊前准备

S2.1.1、将焊接件固定到焊接工作台，大致使焊缝平行x轴方向；

S2.1.2、通过工控机手动调节功能，调整焊枪端点在起弧点处到焊缝距离为d；

S2.1.3、启动线激光发生器，通过工控机手调功能，使激光线中心点沿着x轴方向移动到起弧点，记录该路径1；

S2.1.4、确定相机的拍摄帧数s，启动CCD相机，同时焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向向起弧点移动；移动过程中线激光发生器产生的线激光不断扫掠未施焊的焊缝，CCD相机不断拍摄带有激光线焊缝图片；

S2.1.5、通过图像处理技术实时对带有激光线焊缝图片进行处理，提取焊缝图片中焊缝边缘两特征点像素坐标(u¹，v¹)和(u²，v²)，对其求取中心点获得坡口中心点像素坐标(u，v)；运动过程中，CCD相机获取的坡口中心点为一系列离散的点：0，1，2，3，4......n......，其对应的像素坐标为(u0，v0)，(u1，v1)，(u2，v2)，(u3，v3)，(u4，v4)......(un，vn).......，其中(u0，v0)对应为起弧点处；

S2.1.6、设定相对坐标O-XYZ，XYZ轴与xyz轴平行，坐标原点O设置在起弧点0点处，设定时间段t，最好为整数，则在该段时间内相机会拍摄图片数目w为：

w＝t×s；

S2.2、将整个焊接运动，分为两部分，一是在O-XY平面上匀速曲线运动，二是在Z轴方向上匀速直线运动；

焊枪在Z轴方向上的运动速度为：V_Zj＝V_焊×sinβ_j；

焊枪在O-XY平面上的运动速度为：V_XYj＝V_焊×cosβ_j；

其中：

j＝1，2，3，4......；

β_j为在第j个时间段t内，O(w-1)直线与O-XY面的夹角；

当j增加1时变为j+1时，相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到第j个时间段t内w-1点处，则第j+1个时间段t的相对坐标系O-XYZ的坐标原点为第j个时间段t内w-1点；

S2.3、拟合第j个时间段t内焊缝在O-XY平面上坐标曲线L_j；

S2.3.1、求取在第j个时间段t内，各点X轴上坐标X_ji；

在第j个时间段t内：0，1，2，3......w-1点在X轴上是等间距，间距为

其中：

ɑ_j-1：焊枪在第j-1次时间段t内，运行路线与X轴的夹角；

特有的，当j＝1时：由于焊枪是沿着x轴运动到起弧点，则ɑ₀＝0；则在第j个时间段t内0，1，2，3，4......w-1点在X轴坐标为：

X_ji＝i×r_j；

S2.3.2、求取在第j个时间段t内，各点Y轴上坐标Y_ji；

对于j＝1时：分别求取1，2，3，4......w与0点的du_i，i＝0，1，2，3......w-1；v_i和du_i依次代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du，即可求得0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i；

对于j＝2时：取第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_2i值，根据第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_2i、第1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_1i确定第2个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_2i，即：Y_2i＝Y_1i+dl_2i；

对于j>2时：取第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应u坐标差du与第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点的v坐标值代入公式dl＝(a×(a’v+c’)+c)×du得每一个点dl_ji值，根据第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点与第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1的对应实际横向距离差值dl_ji、第j-1个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_(j-1)i确定第j个时间段t内的0，1，2，3......w-1点在O-XY面上Y的坐标Y_ji，即Y_ji＝Y_(j-1)i+dl_ji；

S2.3.3、拟合坐标曲线L_j：在第j个时间段t内，对应0，1，2，3，4......w-1在O-XY坐标系上坐标为(X_ji，Y_ji)，对这w个点进行最小二乘法拟合曲线，要求该曲线必过O-XY原点，记录曲线为L_j；

S2.4、求取第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离；

在第j个时间段t内：将w-1点的v坐标，代入到dh＝a’v+c’函数中得w-1在Z轴上的坐标值：Z_j(w-1)；即第j个时间段t内焊枪在Z轴方向运动直线距离为Z_j(w-1)；

S2.5、自动焊接

在第j个时间段t内：根据w-1点在相对坐标内坐标为(X_ji，Y_ji，Z_j(w-1))，求取Ow_-1直线与O-XY面的夹角β_j；

将β_j代入步骤S2.2中求V_Zj和V_XYj，在第j个时间段t内，z轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ上从0点以V_Zj速度向着w-1点运动，同时xy轴模组控制焊枪在相对坐标系O-XYZ内0点以V_xyj速度沿着曲线为L_j运动；具体如下：

设定起弧停留时间t_起，焊枪沿着路径1以焊接速度V_焊开始反向运动到起弧点后，焊枪停留时间为t_起，此间过滤掉CCD相机在t_起拍摄的图片，后焊接速度V_焊分成两部分：焊枪在第1个t时间段内在Z轴方向上，从0点以V_Z1速度向着w-1点运动；焊枪在第1个t时间段内在相对坐标系O-XYZ内，从0点以V_xy1速度沿着曲线为L₁运动；

当第1个t时间结束时，焊枪运动到第1个时间段t内的w-1点，此时相对坐标系O-XYZ的坐标原点自动移动到w-1点处，以此作为第2个时间段t的运动控制的新相对坐标系O-XYZ，焊枪在第1个时间段t运动中，系统已经自动得出第2个时间段t的V_Z2、V_XY2、Z_2(w-1)、L₂，根据这些参数反馈给下方控制器，自动控制第2个时间段t内的焊枪运动；

S3、反复进行步骤S2，直到熄弧点；

S4、熄弧点控制，当CCD相机检测到激光线在像素位置发生突变时，此位置为焊缝边缘，但该点不是熄弧点，焊缝边缘与熄弧点之间间距约为2～5mm，输入间距值q，假定CCD相机从熄弧点到焊缝边缘为直线运动，且运动速度为V_焊，则熄弧点到焊缝边缘之间有q/V_焊×s个检测点，倒推熄弧点位置，当焊枪到熄弧点时，CCD相机，激光器停止运作，设定熄弧时间t_熄，熄弧时间一结束，熄弧，焊枪运动停止。

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