焊缝实时跟踪技术是国内外学者的研究热点，其技术方案主要有：基于CCD传感器直接检测弧焊区的视觉跟踪法、采用接触传感器的记忆跟踪法、采用旋转电弧传感器的实时跟踪法，以及示教跟踪法等。但要想将上述跟踪方法用来对球罐全位置多层多道焊缝进行实时跟踪，尚有以下技术难点：

       1) 焊接电弧强烈干扰，难以用视觉传感器检测焊接熔池实际位置。

       2) 多层焊跟踪时，难以用上述传感器检测第一层焊缝之后的各层焊缝中心位置。

       3) 多道横焊跟踪更困难，由于是不摆逐道叠加焊，则第一道焊缝后，就难以实时检测以后各道的焊缝位置，这包括较成熟的旋转电弧法。

       4) 球罐焊缝是弧形曲线，若用导轨焊机自动跟踪法，导轨不可能与焊缝完全平行，只有采用记忆跟踪法。研究表明，导轨焊机记忆跟踪法虽然能达到一定的精度，但存在需要标定起点、不能中间断点复位等问题。

       为此，采用了一种用CCD光电跟踪焊缝轨迹线的技术方案。

焊缝轨迹光电跟踪系统结构组成与功能

      如图6-4所示，此系统主要由CCD传感器、微机测控系统及步进电动机驱动的滑块机构组成，系统通过CCD光电传感器识别在球罐表面的坡口平行轨迹线，由步进电动机滑块机构带动焊枪实时跟踪焊缝。由于是依照坡口平行线实行非接触跟踪，在多层多道焊接的情况下也能进行重复自动跟踪。

       1) CCD传感器结构如图6-5所示，其组成包括：线阵CCD芯片4、透镜6、光源8、滤光片7、镜筒5与滤光罩9。

       2) 信号处理电路包括：驱动电路3、二值化电路2与模拟量信号处理电路1。

       在光源8照射下，焊缝轨迹线通过透镜6在线阵CCD芯片4表面成像，由线条影像处的CCD像元信号电压变弱，此信号电压经过二值化电路2处理就能产生约5V的负脉冲电压信号，将此负脉冲信号在模拟量信号处理电路1进行处理及D/A转换，可以获得一个模拟量信号电压，以反映焊缝轨迹线与传感器中心线间的偏差。

       图6-6为模拟量信号处理电路原理框图。信号处理板接收到CCD二值化信号后，由帧同步信号捕获电路得到CCD帧同步信号，由边缘捕获电路得到轨迹线的左右边缘信号。在这些信号共同作用下，通过左右边缘计量电路获取左右边缘量，经锁存器锁存，送D/A转换后，可以输出一个正比于轨迹线中心偏差量大小的模拟电压。轨迹线中心在由以CCD芯片为核心的传感器中心左侧0～14mm时，输出电压信号相应为0～+2.5V，左偏差量大于14mm时，输出电压信号保持为+2.5V；轨迹线中心在由以CCD芯片为核心的传感器中心右侧0～14mm时，输出电压信号为0～-2.5V，右偏差量大于14mm时，输出电压信号保持为-2.5V。

       3) 系统采用直线型滑块机构来执行光电随动跟踪，其有效行程100mm，位移精度0.023mm，直线精度0.022mm，最高滑移速度350mm/s。滑块机构由永磁式二相步进电动机驱动，采用微细步驱动器后，电动机分辨率可达5000~20000步/转，系统跟踪精度可达到±0.5mm。

光电跟踪工作流程

       系统采用二级随动跟踪方式，当焊接坡口平行线与传感器中心线间有相对偏差时，首先由柔性磁轮式行走机构对焊车位置进行粗调，然后由光电跟踪滑块机构对焊枪位置进行精调。在粗调过程中，微机控制系统根据两个CCD光电传感器的测量值对焊车的左右行走电动机发出差动信号，使焊车随动拐弯，直至焊车中心线与焊接坡口中心线基本一致。在精调过程中，微机控制系统根据后一个CCD光电传感器的测量值对光电跟踪滑块机构的步进电动机发出驱动信号，使焊枪随动跟踪坡口中心线。