摘要:本文叙述了已开发的激光视觉系统,它能够自动识别焊接接头位置,实现焊头跟随接头位置的自适应控制。该系统是一种完整成套的和低成本的系统激光视觉系统。已成功地应用于管子工程、机械设备、轨道车辆、桥梁、航空器和汽车等产品的制造过程。通过采用激光摄像机来进行接缝跟踪和焊接参数的实时控制,使焊接过程,如埋弧焊、熔化极气体保护电弧焊、钨极氩弧焊甚至激光焊,能够以更低的成本焊出更好的接头。
关键词:激光视觉系统;电弧焊;激光焊;应用
前言
焊接在工业的各个行业中都是一种关键的加工方法。结构件的组焊是复杂的工艺过程,在可编程机器,如多轴联动装置和柔性的关节式机器人出现之前,大部分仍采用手工操作来完成。焊接的自动化可使生产率及焊接接头和部件的质量得到提高,同时降低总成本。
然而,焊接机器人和焊接专机都缺少对工件的自适应能力,这点与焊工不一样。因为他们有眼睛和头脑,不用视觉系统和先进的传感器,各种焊接方法都难以智能地自动适应不良的接头装配和焊接变形引起的接头位置的变化。这些问题有时是由于粗糙的加工或由于难以避免的尺寸误差所造成的。
表1示出各种焊接方法和允许的接头位置偏差,为实现这种接头的焊前准备和防止焊接时的变形,需要消耗大量的人力和物力。为此,自1970 年开始就对焊缝跟踪系统进行了大量的研究工作。
表1 可以允许的焊接接头位置偏差
1 焊机的人工视觉
对于机械人焊接过程,需要3D 视觉信息。为了在焊接过程中适时引导焊头,就要求每秒钟至少能够处理16,000 个像素。焊接时环境很热,受到强光的照射,这要求激光传感系统必须坚固耐用。激光视觉系统的要求可归接如下:耐热、抗冲击、抗强光辐射和磁场干扰、适宜各种不同的金属表面状况、易于编程和操作结构紧凑、可移动、以每10-100ms 的时间间隔处理数据备、有与机械人和专用焊机的接口软件、联接接头集合参数与焊接参数的适应控制能力、价格适宜(低于焊接机械人价格的一半)。
下图示出应用最广的激光摄像头该摄像头,观察熔池前方30mm 处的图像压缩空气喷嘴保护摄像头的物镜免受焊接烟尘和飞溅的干扰。
激光摄像机结构图