一种自动焊接方法及装置

摘要

本发明涉及一种自动焊接方法及装置，该方法借助自身的控制端来进行自动化处理，依靠获取的待焊材料的信息，对信息进行分析和处理，通过公式计算出焊缝所需补偿体积，从而对待焊板材进行加热、焊接和后处理等工作；本装置在承载小车的前端设置了角度控制板、移动平台、预热组件、焊接组件和后处理组件，角度控制板在自动控制端的控制下通过自动控制端获取的位置信息控制预热组件、焊接组件和后处理组件对待焊板材进行预热、焊接和后处理等工作。本发明能够有效提升焊接性能，显著减少了焊接材料的浪费，焊接过程对环境造成的污染将会减少，能够快速准确的实现自动化焊接且应用范围广泛。

权利要求

1.一种自动焊接方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1，获取焊缝轨迹参数，调整装置位置：承载小车通过自动控制端行驶至指定的区域内，自动控制端通过轨迹规划摄像头获取焊缝图像，自动控制端对获取的焊缝图像进行图像处理得到焊缝轨迹参数，自动控制端根据获取的焊缝轨迹参数确定承载小车行进路线，自动控制端通过获取的承载小车行进路线将预热组件、焊接组件和后处理组件移动到对应位置，使得预热组件、焊接组件和后处理组件能够以均匀速度v行进拟合至对应的焊缝位置；

步骤2，对待焊板材进行预热处理：

自动控制端将保护气体第一喷头喷出保护气体到待焊板材上，自动控制端将预热线圈通电对待焊板材进行感应加热，自动控制端设定预热温度为焊接时温度的75%‑95%，自动控制端通过红外热感摄像头获取待焊板材预热区域的红外热力图，自动控制端对获取的红外热力图进行图像处理，将得到待焊板材预热区域的预热温度分布图，自动控制端将对预热温度分布图进行分析，当预热区域的温度超过焊接时温度的85%时，自动控制端减小预热线圈的通电参数，当预热区域的温度低于焊接时温度的75%时，自动控制端将升高预热线圈的通电参数，从而准确控制待焊板材的预热温度，之后自动控制端对预热温度分布图进行边缘提取得到焊缝的精确位置信息；

步骤3，对待焊板材进行焊接：

根据步骤2获取的焊缝的精确位置信息，自动控制端通过焊接移动平台的运动将焊接组件移动至焊缝的精确位置，焊接加热线圈、散热风扇和热电偶温度传感器形成反馈情况，自动控制端通过反馈情况进而控制焊丝的加热，自动控制端依靠红外温度传感器来测量焊接前的焊缝温度，自动控制端依据测量出的焊缝温度在待焊板材焊接温度的105%‑120%的区间内相应调整焊丝的加热温度，从而保证焊接组件能在相应的温度下选择最优的焊接温度从而保证焊接的质量，自动控制端通过深度视觉摄像头采集焊缝的深度图像，自动控制端通过对焊缝的深度图像处理能获得焊缝焊接时所需的补偿体积，即深度图像记做数组A[x][y]，其中数组的每个元素表示该像素位置下的深度，对数组A[x][y]行元素进行深度变化提取，在第n行A[n][i]深度开始变化，A[n][j]处深度停止变化，则焊缝所需补偿体积，

其中 取整数值，i为在第n行深度开始变化时的列值，j为在第n行深度终止变化时的列值，n和m分别为行和列的参变量，k为图像采集实物的实际距离与数组边长之比，为单位时间内行进的像素边长，v为装置行进拟合焊缝轨迹的速度，自动控制端通过结合焊缝所需补偿体积和承载小车的运动速度计算得出挤出电机的工作速度，自动控制端进而算出通过挤出齿轮的进给挤压，自动控制端再经由挤出喷头将熔融状态的焊丝挤出至焊缝处，完成焊接；

步骤4，对焊缝进行后处理：

根据步骤2获取的焊缝的精确位置信息，自动控制端结合后处理移动平台和升降杆的配合运动将焊接组件移动至焊缝的精确位置，自动控制端控制保护气体第二喷头吹出保护气体，自动控制端通过后处理感应线圈对焊接后的焊缝进行再加热，从而减缓焊接后的焊缝的冷却速度，防止发生过冷影响焊接后性能，自动控制端控制压合移动平台来调整压合轮高度，自动控制端控制压合轮对焊接后的焊缝进行压合。

2.根据权利要求1所述一种自动焊接方法，其特征在于，所述自动控制端通过获取的所述焊缝轨迹参数，进而控制所述承载小车的轮子转动，实现所述承载小车在平面内沿所述焊缝轨迹进行自动行进，自动控制端控制角度控制板进而控制转动角度并配合预热移动平台、所述焊接移动平台、所述后处理移动平台和所述压合移动平台的升降运动使得所述预热组件、所述焊接组件和所述后处理组件对焊缝进行相应自动化处理，其中所述焊缝的轨迹为半径大于13d的连续曲线，d为预热线圈的宽度。

3.根据权利要求1所述一种自动焊接方法，其特征在于，步骤2中所述焊缝的精确位置信息通过下述方法获取：预热采用感应加热的方式进行，焊缝的尖端部位温度反应在预热温度分布图中表现为三条高温线，记预热温度分布图为T[x][y]，采集的图像为方形图像即x=y，图像采集实物的实际距离与数组边长之比记为k，Laplance算子数组记为L[m][n]，记提取后图形数组为H[x][y]，通过卷积计算 ，能得到提取出三条高温线的图像数组H[x][y]，对H[x][y]逐行分析，在每行均能获得三个高温点的列数，记录为y1、y2、y3，取均值即 ，则 为所述焊缝在相应行偏离中心轴平面距离W，结合获得X的相应行数，即得到了焊缝的准确位置信息，依据距离W依次调整每个像素行所述焊接组件的位置即能将所述焊接组件精确调整至所述焊缝处。

4.根据权利要求1所述一种自动焊接方法，其特征在于，所述挤出电机的工作速度能由下述方法计算：挤出电机的工作转速 ，r为所述焊丝的半径，R为所述挤出齿轮的分度圆半径，Q为焊缝所需补偿体积，自动控制端通过监测所述承载小车的运动速度来变换所述挤出电机的转速，所述承载小车运动速度越快所述挤出电机的转速就越快。

5.一种用于权利要求1‑4任一所述的自动焊接方法的自动焊接装置，其特征在于，其包括承载小车、角度控制板、轨迹规划摄像头、预热组件、移动平台、焊接组件和后处理组件；

所述角度控制板、轨迹规划摄像头、预热组件、焊接组件和后处理组件都设置在所述承载小车的前端；所述轨迹规划摄像头、预热组件、焊接组件和后处理组件依次平行设置，所述预热组件、焊接组件和后处理组件上均分别设有移动平台；

所述预热组件、焊接组件和后处理组件能依靠各自的移动平台在所述承载小车的前端升降和移动，所述轨迹规划摄像头设置在所述角度控制板的前端；

所述移动平台包括预热移动平台、焊接移动平台和后处理移动平台，预热移动平台、焊接移动平台和后处理移动平台上都分别设置有一个固定板、一个升降杆和一个支撑杆，升降杆与支撑杆平行设置，所述升降杆和所述支撑杆的底部与固定板固定连接；

所述预热组件包括红外热感摄像头、预热线圈和保护气体第一喷头，所述红外热感摄像头、预热线圈和保护气体第一喷头均分别设置在所述预热移动平台的固定板的下端；

所述焊接组件包括挤出电机、挤出齿轮、焊丝、焊接加热线圈、散热风扇、深度视觉摄像头、热电偶温度传感器、挤出喷头和红外温度传感器；所述挤出齿轮、所述焊丝和所述挤出电机固定设置在所述焊接移动平台的固定板的上端，所述焊接加热线圈、所述散热风扇、所述深度视觉摄像、所述热电偶温度传感器和所述挤出喷头均设置在所述焊接移动平台的固定板的下端；

所述后处理组件包括保护气体第二喷头、后处理感应线圈、压合移动平台和压合轮；所述保护气体第二喷头、所述压合轮和所述后处理感应线圈均设置在所述后处理移动平台的固定板的下端，所述压合轮与所述后处理移动平台的固定板依靠所述压合移动平台连接，所述压合轮能借助压合移动平台在所述后处理移动平台的固定板上上下移动。

6.根据权利要求5所述的一种自动焊接装置，其特征在于，基于所述自动控制端获取的所述焊缝的位置信息，所述承载小车、所述角度控制板以及所述移动平台在所述自动控制端的远程控制下使得所述预热组件、所述焊接组件以及所述后处理组件的运动轨迹能够拟合所述焊缝轨迹，进而对所述焊缝进行预热、焊接以及焊接后处理。

7.根据权利要求5所述一种自动焊接装置，其特征在于，所述预热线圈的宽度为d，所述焊接组件与所述预热组件相距3d‑5d，所述后处理组件与所述焊接组件相距6d‑8d。

8.根据权利要求5所述一种自动焊接装置，其特征在于，所述红外热感摄像头设置在所述预热线圈后方且位于预热移动平台的中心轴平面，所述深度视觉摄像头与所述挤出喷头处于所述焊接移动平台的中心平面内。

9.根据权利要求5所述一种自动焊接装置，其特征在于，所述承载小车的轮子采用麦克纳姆轮。

说明书

一种自动焊接方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及自动材料焊接技术领域，尤其涉及一种自动焊接方法及装置。

背景技术

[0002] 随着现代生产制造技术的提高，生产制造方式的进步，人们对于高质量产品的需求加大，使得材料焊接技术在工业生产的方方面面都有极其严格的要求，因此现代焊接技
术上面临以下几个方面的问题。

[0003] 质量问题，对于焊接成型后的材料，主要要求在于，焊接后的焊缝要具有良好的应力效果，要满足良好的力学性能要求，对于焊接后焊缝要与材料表面具有较好的平整度，以
避免应力集中；现有的焊接加工方式如焊条焊接、埋弧焊等，无法对焊接前焊件进行预处
理，无法根据实际情况准确的控制焊接温度、焊接材料用量，因此对于焊接后焊缝的应力效
果、力学性能很难做出保证。

[0004] 经济问题，在获得较为优质的焊接质量的前提下，焊接成本越低越好；这就要求我们在保证焊接质量的前提下，想要控制焊接成本就要从焊接方式以及焊料利用率等角度去
筛选相应的焊接技术，以获取最优焊接技术，现有技术为获得较好的表面焊接质量，往往采
用预留大量毛刺的方法，这种方法造成了焊接材料的大量浪费，增加了焊接成本。

[0005] 环境问题，对于传统焊接方法，在焊接过程中需要采用药剂助燃，在融化焊丝的过程中也释放了大量的有毒有害气体，对环境造成了一定污染，同时焊接过程产生了大量的
光，造成了光污染，由此焊接时气体污染和光污染使得工作区环境变差，不利于工作人员的
身体健康。

[0006] 速度即自动化问题，对于传统的焊接手段，大多采用人工焊接，焊接速度不能保证，焊接质量也因人而异，对于一些自动焊接方法，虽然获取了一定的焊接速度，但自动化
程度不高，且具有较高的焊接要求，应对工况较为单一，不适合现代工业生产中高自动化高
质量的焊接需求。

[0007] 因此，急需一种自动焊接方法及装置，以便解决上述问题。

发明内容

[0008] 为实现上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0009] 具体地，本发明提供一种自动焊接方法，其包括以下步骤：

[0010] 步骤1，获取焊缝轨迹参数，调整装置位置：承载小车通过自动控制端行驶至指定的区域内，自动控制端通过轨迹规划摄像头获取焊缝图像，自动控制端对获取的焊缝图像
进行图像处理得到焊缝轨迹参数，自动控制端根据获取的焊缝轨迹参数确定承载小车行进
路线，自动控制端通过获取的承载小车行进路线将预热组件、焊接组件和后处理组件移动
到对应位置，使得预热组件、焊接组件和后处理组件能够以均匀速度v行进拟合至对应的焊
缝位置；步骤2，对待焊板材进行预热处理：自动控制端将保护气体第一喷头喷出保护气体
到待焊板材上，自动控制端将预热线圈通电对待焊板材进行感应加热，自动控制端设定预
热温度为焊接时温度的75%‑95%，自动控制端通过红外热感摄像头获取待焊板材预热区域
的红外热力图，自动控制端对获取的红外热力图进行图像处理，将得到待焊板材预热区域
的预热温度分布图，自动控制端将对预热温度分布图进行分析，当预热区域的温度超过焊
接时温度的85%时，自动控制端减小预热线圈的通电参数，当预热区域的温度低于焊接时温
度的75%时，自动控制端将升高预热线圈的通电参数，从而准确控制待焊板材的预热温度，
之后自动控制端对预热温度分布图进行边缘提取得到焊缝的精确位置信息；步骤3，对待焊
板材进行焊接：根据步骤2获取的焊缝的精确位置信息，自动控制端通过焊接移动平台的运
动将焊接组件移动至焊缝的精确位置，焊接加热线圈、散热风扇和热电偶温度传感器形成
反馈情况，自动控制端通过反馈情况进而控制焊丝的加热，自动控制端依靠红外温度传感
器来测量焊接前的焊缝温度，自动控制端依据测量出的焊缝温度在待焊板材焊接温度的
105%‑120%的区间内相应调整焊丝的加热温度，从而保证焊接组件能在相应的温度下选择
最优的焊接温度从而保证焊接的质量，自动控制端通过深度视觉摄像头采集焊缝的深度图
像，自动控制端通过对焊缝的深度图像处理能获得焊缝焊接时所需的补偿体积，即深度图
像记做数组A[x][y]，其中数组的每个元素表示该像素位置下的深度，对数组A[x][y]行元
素进行深度变化提取，在第n行A[n][i]深度开始变化，A[n][j]处深度停止变化，则焊缝所
需补偿体积 ，
其中   取整数值，i为在第n行深度开始变化时的列值，j为在第n行深度终止变化时的列
值，n和m分别为行和列的参变量，k为图像采集实物的实际距离与数组边长之比，  为单位
时间内行进的像素边长，v为装置行进拟合焊缝轨迹的速度，自动控制端通过结合焊缝所需
补偿体积和承载小车的运动速度计算得出挤出电机的工作速度，自动控制端进而算出通过
挤出齿轮的进给挤压，自动控制端再经由挤出喷头将熔融状态的焊丝挤出至焊缝处，完成
焊接；步骤4，对焊缝进行后处理：根据步骤2获取的焊缝的精确位置信息，自动控制端结合
后处理移动平台和升降杆的配合运动将焊接组件移动至焊缝的精确位置，自动控制端控制
保护气体第二喷头吹出保护气体，自动控制端通过后处理感应线圈对焊接后的焊缝进行再
加热，从而减缓焊接后的焊缝的冷却速度，防止发生过冷影响焊接后性能，自动控制端控制
压合移动平台来调整压合轮高度，自动控制端控制压合轮对焊接后的焊缝进行压合。

[0011] 进一步地，所述自动控制端通过获取的所述焊缝轨迹参数，进而控制所述承载小车的轮子转动，实现所述承载小车在平面内沿所述焊缝轨迹进行自动行进，自动控制端控
制角度控制板进而控制转动角度并配合预热移动平台、所述焊接移动平台、所述后处理移
动平台和所述压合移动平台的升降运动使得所述预热组件、所述焊接组件和所述后处理组
件对焊缝进行相应自动化处理，其中所述焊缝的轨迹为半径大于13d的连续曲线。

[0012] 进一步地，步骤2中所述焊缝的精确位置信息通过下述方法获取：预热采用感应加热的方式进行，焊缝的尖端部位温度反应在预热温度分布图中表现为三条高温线，记预热
温度分布图为T[x][y]，采集的图像为方形图像即x=y，图像采集实物的实际距离与数组边
长之比记为k，Laplance算子数组记为L[m][n]，记提取后图形数组为H[x][y]，通过卷积计
算  ，能得到提取出三条高温线的图像数组H[x][y]，对H[x][y]逐行分析，在
每行均能获得三个高温点的列数，记录为y1、y2、y3，取均值即  ，则  为所
述焊缝在相应行偏离中心轴平面距离W，结合获得X的相应行数，即得到了焊缝的准确位置
信息，依据距离W依次调整每个像素行所述焊接组件的位置即能将所述焊接组件精确调整
至所述焊缝处。

[0013] 进一步地，所述挤出电机的工作速度能由下述方法计算：挤出电机的工作转速 ，r为所述焊丝的半径，R为所述挤出齿轮的分度圆半径，Q为焊缝所需补偿体积，
自动控制端通过监测所述承载小车的运动速度来变换所述挤出电机的转速，所述承载小车
运动速度越快所述挤出电机的转速就越快。一所述的自动焊接方法的自动焊接装置，其特
征在于，其包括承载小车、角度控制板、轨迹规划摄像头、预热组件、移动平台、焊接组件和
后处理组件；所述角度控制板、轨迹规划摄像头、预热组件、焊接组件和后处理组件都设置
在所述承载小车的前端；所述轨迹规划摄像头、预热组件、焊接组件和后处理组件依次平行
设置，所述预热组件、焊接组件和后处理组件上均分别设有移动平台；所述预热组件、焊接
组件和后处理组件能依靠各自的移动平台在所述承载小车的前端升降和移动，所述轨迹规
划摄像头设置在所述角度控制板的前端；所述移动平台包括预热移动平台、焊接移动平台
和后处理移动平台，预热移动平台、焊接移动平台和后处理移动平台上都分别设置有一个
固定板、一个升降杆和一个支撑杆，升降杆与支撑杆平行设置，所述升降杆和所述支撑杆的
底部与固定板固定连接；所述预热组件包括红外热感摄像头、预热线圈和保护气体第一喷
头，所述红外热感摄像头、预热线圈和保护气体第一喷头均分别设置在所述预热移动平台
的固定板的下端；所述焊接组件包括挤出电机、挤出齿轮、焊丝、焊接加热线圈、散热风扇、
深度视觉摄像头、热电偶温度传感器、挤出喷头和红外温度传感器；所述挤出齿轮、所述焊
丝和所述挤出电机固定设置在所述焊接移动平台的固定板的上端，所述焊接加热线圈、所
述散热风扇、所述深度视觉摄像、所述热电偶温度传感器和所述挤出喷头均设置在所述焊
接移动平台的固定板的下端；所述后处理组件包括保护气体第二喷头、后处理感应线圈、压
合移动平台和压合轮；所述保护气体第二喷头、所述压合轮和所述后处理感应线圈均设置
在所述后处理移动平台的固定板的下端，所述压合轮与所述后处理移动平台的固定板依靠
所述压合移动平台连接，所述压合轮能借助压合移动平台在所述后处理移动平台的固定板
上上下移动。

[0014] 进一步地，基于所述自动控制端获取的所述焊缝的位置信息，所述承载小车、所述角度控制板以及所述移动平台在所述自动控制端的远程控制下使得所述预热组件、所述焊
接组件以及所述后处理组件的运动轨迹能够拟合所述焊缝轨迹，进而对所述焊缝进行预
热、焊接以及焊接后处理。

[0015] 进一步地，所述预热线圈的宽度为d，所述焊接组件与所述预热组件相距3d‑5d，所述后处理组件与所述焊接组件相距6d‑8d。

[0016] 进一步地，所述红外热感摄像头设置在所述预热线圈后方且位于预热移动平台的中心轴平面，所述深度视觉摄像头与所述挤出喷头处于所述焊接移动平台的中心平面内。

[0017] 进一步地，所述承载小车的轮子采用麦克纳姆轮。

[0018] 与现有技术相比，本发明提供一种自动焊接方法及装置有益效果如下：

[0019] 1、具有优异的焊接性能，通过预热组件对待焊板材进行预热并精确控制预热温度，防止焊接时因温度上升过快使得待焊板材发生性能破坏；依据焊缝温度选择适和的焊
丝加热温度即焊接时的温度，通过对温度的准确控制以保证焊缝焊接后的性能要求；通过
后处理感应线圈对焊接后焊缝进行再次加热防止其冷却过快影响焊接处性能。

[0020] 2、显著减少焊接材料的浪费，通过深度视觉摄像头获取焊接焊缝所需的补偿量，再由焊接组件准确的将熔融后焊丝挤至焊缝处，并准确的控制其挤出量，使得焊缝处刚好
被填充完整或预留出极少量毛刺，以供后续处理；相比于现有预留大量毛刺的焊接方法，本
发明能够显著减少焊丝的浪费，获得较高的经济性能。

[0021] 3、整个焊接过程对环境不产生气体以及光学污染，采用感应加热的方式加热熔融焊丝以焊接材料，整个熔融过程不产生有毒的化学气体，也不产生光污染，不仅对环境无污
染而且对人体没有伤害。

[0022] 4、能够快速准确的实现自动化焊接且应用范围广泛，通过轨迹规划摄像头等自动化传感器配合承载小车等运动，能够准确快速的对焊缝进行焊接，对比于现有的焊接技术，
本发明具有广泛的应用方向，不仅可以用于薄板或长板焊接，而且能够应用于长焊缝焊接，
对于一些不规则焊缝以及非直线焊缝均可采用本发明，且焊接效果突出。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1是本发明的操作流程图；

[0025] 图2是本发明的整体示意图；

[0026] 图3是本发明的整体结构的中部分装置的主视图；

[0027] 图4是本发明的整体结构中焊接组件的立体示意图；

[0028] 图5是本发明的整体结构中后处理组件的立体示意图；

[0029] 图6是本发明的整体结构中待焊板材的局部截断图。

[0030] 附图标号：1‑待焊板材，101‑焊缝，102‑焊接板，2‑承载小车，3‑角度控制板，4‑轨迹规划摄像头，501‑焊接移动平台，502‑预热移动平台，503‑后处理移动平台，504‑升降杆，
505‑支撑杆，6‑预热组件，601‑保护气体第一喷头，602‑红外热感摄像头，603‑预热线圈，7‑
焊接组件，701‑红外温度传感器，702‑挤出喷头，703‑挤出电机，704‑挤出齿轮，705‑焊丝，
706‑焊接加热线圈，707‑散热风扇，708‑深度视觉摄像头，709‑热电偶温度传感器，8‑后处
理组件，801‑压合轮，802‑压合移动平台，803‑保护气体第二喷头，804‑后处理感应线圈。

具体实施方式

[0031] 下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领
域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护
的范围。

[0032] 如图1所示，一种高质量自动焊接方法，包括以下步骤：

[0033] 为清晰的表述本发明的实施方法，下述实施例以钢板焊接为具体实施参考，即待焊板材1材质为钢材，实际应用中不局限于钢板焊接。

[0034] 步骤1，获取焊缝101轨迹参数，调整装置位置：

[0035] 将待焊板材1固定于焊接工作区域，自动控制端控制承载小车2行进至初始位置，自动控制端操控整个焊接组件7进行初始化操作；自动控制端控制轨迹规划摄像头4进行图
像读取，获得焊缝101图像，自动控制端先对获取的焊缝101图像进行图像降噪处理，然后通
过sobel算子对处理后的焊缝101图像进行计算得到焊缝101的轨迹图像，自动控制端将轨
迹图像通过坐标平面代换即可得到焊缝101的轨迹参数，自动控制端通过承载小车2与角度
控制板3的配合使得预热组件6、焊接组件7和后处理组件8能够以均匀速度v对焊缝101轨迹
参数拟合行进；

[0036] 步骤2，对待焊板材1进行预热处理：

[0037] 自动控制端根据获得的焊缝101的轨迹参数以确定预热组件6适合的预热高度，自动控制端通过对预热移动平台502的控制转动以调整预热组件6的预热高度，高度确认后自
动控制端控制保护气体第一喷头601喷出保护气体，自动控制端启动预热线圈603，预热线
圈603将对待焊板材1进行感应加热，自动控制端控制钢板焊接中钢板的焊接温度为1200℃
左右，由此对待焊板材1的预热温度设定为900℃‑1020℃，待焊板材1的部分区域能略高于
1020℃，自动控制端通过对红外热感摄像头602获取待焊板材1预热区域的红外热力图，对
获取的红外热力图进行图像降噪处理，然后自动控制端可得到待焊板材1预热区域的预热
温度分布图，自动控制端根据预热温度分布图中温度色谱占比进行分析，当预热温度分布
图中温度色谱反应的部分区域温度超过设定的预热最高温度时，自动控制端控制预热线圈
603的通电功率将降低，当预热温度分布图中部分区域的温度色谱低于设定的预热最低温
度时，自动控制端控制预热线圈603的通电功率将提升，自动控制端通过上述流程来控制待
焊板材1的预热温度，确保待焊板材1的预热温度在需求范围内；由于预热采用的是感应加
热方式进行的，所以在尖端部位的温度要高于平面处温度，如图6所示，a处温度大于b处温
度，该反应在预热温度分布图中表现为三条高温线，记预热温度分布图为T[x][y]，采集的
图像为方形图像即x=y，实际距离与数组边长之比记为k即单位像素与实际距离之间的关系
值，Laplance算子数组记为L[m][n]，对预热温度分布图采用Laplance算子进行边缘提取，
记提取后图形数组为H[x][y]，即通过卷积计算  ，可得到提取出三条高温线
的图像数组H[x][y]，对H[x][y]逐行分析，例如在H[1][y]中可获得H[1][y1]、H[1][y2]、H
[1][y3] 三个高温像素点，记录y1、y2、y3，取均值即  ，则  为焊缝101在
第一行偏离中心轴平面距离W，依次计算其余行内的距离W，即相应得到了焊缝101的准确位
置信息；

[0038] 步骤3，对待焊板材1进行焊接：

[0039] 根据步骤2获取的焊缝101的精确位置信息，自动控制端通过结合控制焊接移动平台502和轨迹规划摄像头4的配合运动将焊接组件7移动至焊缝101的精确位置，自动控制端
通过红外温度传感器701来测量焊接前焊缝101的温度，自动控制端依据焊缝101的温度在
1260℃‑1440℃的区间内相应自动的调整焊丝705的加热温度，自动控制端当通过红外温度
传感器701测得的温度较低时自动控制端将控制焊丝705的加热温度选择较高温度区间，二
者之间为负线性关系，例如自动控制端测得温度为900℃则焊丝705的加热温度相应选为
1435℃‑1445℃之间；自动控制端控制焊接加热线圈706为焊丝705进行加热，自动控制端在
焊丝705的加热过程中通过热电偶温度传感器709对焊丝705的温度进行监测，当热电偶温
度传感器709测得的温度超出加热区间时，自动控制端将增加散热风扇707的转速并降低焊
接加热线圈706功率，当热电偶温度传感器709测得的温度低于加热区间时，自动控制端将
降低散热风扇707的转速并增加焊接加热线圈706功率，自动控制端将重复上述步骤直至焊
丝705加热至最优的加热温度区间，保证在焊缝101的相应温度下选择最优焊接温度进行焊
接，从而保证焊接质量；自动控制端通过深度视觉摄像头708来获取焊缝101的深度图像记
做数组A[x][y],其中数组的每个元素表示该像素位置下的深度，采集的图像为方形图像即
x=y，实际距离与数组边长之比记为k即单位像素与实际距离之间的关系值，则 QUOTE   
表示单位时间内行进的像素边长，其中v表示拟合焊缝行进的速度即焊接速度，对数组行元
素进行深度梯度计算，例如对A[1][y]进行深度梯度计算，假设在A[1][i]梯度开始变化，A
[1][j]处梯度停止变化，则对于A[1]截面内焊缝101的截面补偿面积 
，则在单位时间段内补齐
焊缝所需补偿体积  ，其
中  取整数值，n、m分别为行和列的参变量，挤出电机703的工作转速  ，其中r为
焊丝705的半径，R为挤出齿轮704的分度圆半径，Q为焊缝所需补偿体积，进而通过挤出齿轮
704的进给挤压，再经由挤出喷头702将熔融状态的焊丝705挤出至焊缝101处，最终完成焊
接；

[0040] 步骤4，对焊缝101进行处理：

[0041] 根据步骤2获取的焊缝101的精确位置信息，自动控制端通过对后处理移动平台503控制运动将后处理组件8移动至焊缝101的精确位置，自动控制端控制保护气体第二喷
头803吹出保护气体，自动控制端控制后处理感应线圈804对焊接后的焊缝101进行再加热，
以减缓焊接后的焊缝101的冷却速度，防止发生过冷影响焊接后性能，自动控制端通过控制
压合移动平台802来控制压合轮801高度，压合轮801对焊接后的焊缝101进行压合，保证焊
接板102之间的平整度。

[0042] 如图2‑6所示，一种自动焊接方法及装置，其包括待焊板材1、承载小车2、角度控制板3、轨迹规划摄像头4、预热组件6、移动平台5、焊接组件7和后处理组件8；角度控制板3、轨
迹规划摄像头4、预热组件6、焊接组件7和后处理组件8都设置在承载小车2的前端；轨迹规
划摄像头4、预热组件6、焊接组件7和后处理组件8依次平行设置；预热组件6、焊接组件7和
后处理组件8能依靠各自的移动平台5在承载小车2的前端升降和移动；轨迹规划摄像头4设
置在角度控制板3的前端；移动平台5包括预热移动平台502、焊接移动平台501和后处理移
动平台503；预热移动平台502、焊接移动平台501和后处理移动平台503上都分别设置有一
个固定板、一个升降杆504和一个支撑杆505，升降杆504与支撑杆505平行设置，升降杆504
和支撑杆505的底部与固定板固定连接；预热组件6包括红外热感摄像头602、预热线圈603
和保护气体第一喷头601，红外热感摄像头602、预热线圈603和保护气体第一喷头601均分
别设置在预热移动平台502的固定板的下端；焊接组件7包括挤出电机703、挤出齿轮704、焊
丝705、焊接加热线圈706、散热风扇707、深度视觉摄像头708、热电偶温度传感器709、挤出
喷头702和红外温度传感器701，挤出齿轮704、焊丝705和挤出电机703固定设置在焊接移动
平台501的固定板的上端，焊接加热线圈706、散热风扇707、深度视觉摄像708、热电偶温度
传感器709和挤出喷头702均设置在焊接移动平台501的固定板的下端；后处理组件8包括保
护气体第二喷头803、后处理感应线圈804、压合移动平台802和压合轮801；保护气体第二喷
头803、压合轮801和后处理感应线圈804均设置在后处理移动平台503的固定板的下端，压
合轮801与固定板依靠压合移动平台802连接，压合轮801能借助压合移动平台802在固定板
上上下移动。

[0043] 轨迹规划摄像头4在预热过程中能够及时且清晰的获取接下来焊缝101的轨迹，便于后续焊接工作，预热组件6预热间距为d，焊接组件7与预热组件6相距3d‑5d，由于采用的
是感应加热的方式对焊缝101进行预热，如图6所注，a处的温度会高于b处，使得焊缝101呈
现温度不均的现象，将预热组件6与焊接组件7相距一定距离，焊缝101高温区（a）的热量有
时间向低温区（b）转移，使得预热的温度能均匀的分布在焊缝101上，后处理组件8与焊接组
件7相距6d‑8d，焊接组件7与后处理组件8相距较长距离，使得焊缝101在焊接过后熔融态金
属有时间降温凝固，便于后续处理，以保证焊缝101焊接质量，红外热感摄像头602能够获取
最全面的焊缝101预热后温度信息，深度视觉摄像头708与挤出喷头702处于焊接移动平台
502的中心平面内，使得焊接移动平台502能够准确的控制挤出喷头702与深度视觉摄像头
708的位置，挤出喷头702能够准确的将熔融态的焊丝705挤出至焊缝101，深度视觉摄像头
708能够准确的获取焊缝101的视觉图像。

[0044] 本发明一种自动焊接方法及装置与现有技术中装置的不同之处在于：创新性的采用预热组件6对待焊板材1进行精准预热，并根据焊缝101预热后温度在相应范围内调整焊
丝705加热温度，通过对焊接时温度的准确控制，来提升焊接质量。

[0045] 本发明一种自动焊接方法及装置与现有技术中装置的不同之处在于：创新性的采用深度视觉摄像头708检测焊缝101焊接时需补偿的焊接金属量，并通过挤出电机703准确
的控制焊丝705的挤出量，由焊接移动平台502以及升降杆5的配合运动来准确的控制挤出
喷头702将熔融后的焊丝705挤出至焊缝101处，通过对焊接量以及焊接位置的控制，达到了
在保证较高的焊接质量的前提下，以最节省焊接材料的方式进行焊接，具有十分可观的经
济效应，且采用感应加热的方式熔融焊丝705，减少了空气污染与光污染，对环境基本不造
成染。

[0046] 本发明一种自动焊接方法及装置与现有技术中装置的不同之处在于：创新性的将预热组件6、焊接组件7以及后处理组件8相结合，实现高质量的自动化焊接，且有机的利用
了轨迹规划摄像头4、红外热感摄像头602以及深度视觉摄像头708较为准确的获取了焊缝
101的相关信息，通过获取的焊缝101信息以较为准确的完成高质量的自动焊接，不同摄像
头的恰当使用使得整个装置自动化程度变高，应用的焊接范围变得更加广泛。

[0047] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方
案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。