先進激光視覺傳感技術(shù)及其在焊接中的應(yīng)用（下）

在焊縫檢測時，除了要檢測焊縫寬度、余高、咬邊等焊縫成形有關(guān)的幾何參數(shù)，還要檢測焊縫上細小的氣孔等表面缺陷。采用雙傳感技術(shù)的激光視覺傳感器在焊縫上投射一道激光條紋，由兩個傳感器來獲取測距圖像。如圖8 所示，其中一個傳感器的視場較大，用于檢測焊縫成形參數(shù)，另一個傳感器的視場較小但具有較高的分辨率，集中在焊縫表面，用于檢測焊縫上可能的細小氣孔。

圖9 是采用雙傳感技術(shù)的PX—10/ 25 激光視覺傳感器進行轎車車身激光釬焊焊縫自動檢測的照片。

5. 多層焊功能

激光視覺傳感的多層焊功能是專門針對大厚板多層多道焊的焊縫跟蹤與自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整的需求而開發(fā)的。根據(jù)不同的參數(shù)設(shè)置，激光傳感器可以識別根部焊道和隨后各層焊道的輪廓圖像，獲得焊縫的跟蹤點，并能根據(jù)焊縫坡口的截面規(guī)劃每一焊道的焊接參數(shù)。多層焊功能既可用于焊接專機，也可用于機器人焊接。但由于不同廠家的機器人對多層多道焊功能的支持是不一樣的，所以，目前只有一部分機器人可以和激光視覺傳感的多層焊功能配合使用。圖10 是采用M—SPOT 激光視覺傳感器的推土機構(gòu)件的機器人自適應(yīng)多層焊接的照片。

6. 集成化

激光視覺傳感的集成化體現(xiàn)在3 個方面: 多功能的集成、不同傳感方法的集成和傳感器與控制器的集成。

( 1) 多功能的集成 Digi —Las 系統(tǒng)就是多功能集成的典型代表。如圖11 所示，系統(tǒng)集成了焊前接頭裝配檢驗、高速焊縫跟蹤、激光焊接頭、自適應(yīng)過程參數(shù)控制、激光焊熔池監(jiān)視、焊后焊縫質(zhì)量檢測六種功能。Digi —Las 采用了一前一后的兩個激光視覺傳感器，中間為激光焊接聚焦裝置和監(jiān)視焊接熔池的CCD。前面的激光條紋用于檢測并記錄反映裝配質(zhì)量的錯邊、間隙及接頭位置等參數(shù)，并實現(xiàn)高速焊縫跟蹤功能和激光焊接過程參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整功能。后面的激光條紋用于檢測焊縫的幾何形狀和焊接缺陷并進行記錄。圖12 是Digi - Las 激光焊接頭在汽車TWB 激光拼焊中應(yīng)用的照片。

( 2) 不同傳感方法的集成 圖13 所示的Digi —I/ S

傳感器在激光視覺傳感的基礎(chǔ)上集成了電弧聲音傳感器。傳感器在具有激光視覺傳感的焊縫跟蹤與自適應(yīng)焊接參數(shù)控制功能的同時，還能探測電弧發(fā)出的聲音，用于MIG/ MAG 焊短路過渡等的過程質(zhì)量監(jiān)控。圖14 所示的Robo —Pal 傳感器內(nèi)部集成了超聲傳感器，可實現(xiàn)長距離的位置探測，有兩個十字交叉的激光視覺傳感實現(xiàn)對目標物體的精確定位。這種傳感器主要用于機器搬運、裝卸等。

( 3) 傳感器與控制器的集成 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的激光視覺傳感技術(shù)已經(jīng)可以把激光傳感器的控制器部分集成到傳感器的內(nèi)部，從而使激光視覺傳感系統(tǒng)使用和維護更為簡單，同時降低成本。圖14中的Robo —Pal 傳感器內(nèi)部已經(jīng)集成了系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。圖15所示的Sense —i/ D 傳感器的控制系統(tǒng)也已經(jīng)嵌入傳感器內(nèi)部，傳感器可向外提供模擬接口、數(shù)字IO 接口和以太網(wǎng)接口，可以方便地和機器人或?qū)C進行配套集成。

7. 小型化

在很多自動化焊接應(yīng)用中，工件的形狀或者工裝夾具很復(fù)雜，這就降低了焊槍的可達性。因此，希望傳感器的體積越小越好。隨著集成度的提高，出現(xiàn)了很多小體積的傳感器，當(dāng)前體積最小的激光視覺傳感器，包括防飛濺保護裝置在內(nèi)，其大小尺寸僅為35mm×34mm×125mm。

8. 網(wǎng)絡(luò)化

隨著精益生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)制造等先進制造思想的發(fā)展與推廣，制造企業(yè)對設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化功能的需求也越來越多，激光視覺傳感也從原有的單機系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。新型的激光傳感器或系統(tǒng)已經(jīng)具有工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以很方便地與機器人或CNC 專機、PLC、焊接電源及PC等構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)。圖16 和圖17 分別是適合機器人和CNC 專機的IT—WELDTM 網(wǎng)絡(luò)平臺。I T—WELD 網(wǎng)絡(luò)平臺可以驅(qū)動多激光傳感頭，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的激光視覺和過程控制，從而實現(xiàn)智能制造過程。

三、結(jié)語

在市場競爭的驅(qū)動下，自動化的焊接生產(chǎn)制造過程對傳感技術(shù)、質(zhì)量監(jiān)控與保證技術(shù)的需求越來越迫切。在很多自動化焊接制造場合，沒有傳感器和自動檢測手段，生產(chǎn)質(zhì)量和成本將是難以接受的。以上所述的激光視覺傳感新技術(shù)正是為滿足自動焊接過程的需求而在近幾年內(nèi)發(fā)展起來的。在電弧焊、激光焊及火焰切割或等離子切割等領(lǐng)域，它們已為焊接工業(yè)提供了焊縫搜索定位、焊縫跟蹤、焊接參數(shù)自適應(yīng)控制、焊縫成形及缺陷的檢測等許多可靠的工業(yè)應(yīng)用。這些新技術(shù)將為自動化焊接制造過程提供一些新的解決方案或思路。但是，由于焊接過程傳感與控制的復(fù)雜性，即使是這些最新發(fā)展的激光視覺傳感技術(shù)，仍難以完全滿足各種各樣的焊接過程的需求。因此，目前還有很多的公司或科研機構(gòu)正為新的、更為可靠的或者成本更低的傳感技術(shù)和手段而努力。