目前在多道埋弧焊的激光焊缝跟踪中主要有两种方法,一种是相对简单和低成本系统,但需要操作者工选择每个焊道焊接时焊枪的位置;另一种是相对高级(也比较昂贵)的系统,系统自身能够判定每道焊接时焊枪的位置,从而控制熔敷过程。
  第一种方法使用相对简单的激光视觉系统,同时配备简单的人机界面来使用户容易对每个焊道定位焊枪。在通常情况下,机器的操作者为每个焊道标明焊枪的标准位置,系统于是在焊接这条焊道的过程中控制焊枪的位置保持在初始位置处。
  第二种方法使用了更高级的传感器、硬件和软件,整个焊接过程是真正意义上的全自动化。典型的应用是在窄间隙或者半窄间隙系统中,同时也最适合于相同类型接头的大批量焊接生产。
  1激光焊缝跟踪简介激光焊缝跟踪技术的优点是以非接触式的方法控制焊枪的位置,其跟踪过程是建立在对焊接接头几何形状的测量基础上,它不受工件的表面状态或焊接过程的影响。激光焊缝跟踪系统主要包括:①一个激光传感器;②一个传感器控制系统;③控制系统定位焊枪的某种方法。
  1.1激光传感器的类型传感头投影一个激光条纹到焊接接头上,通过在传感头内部的摄像机检测条纹的图像。传感头使用了一个激光器,因为其易于形成激光条纹,并且激光很容易过滤掉电弧光和其它影响环境的光。传感头的设计使用了三角结构光法,使得摄像机图像很容易形成三维接头图像信息。最终的视频图像被传送到传感器控制系统。三角结构光原理,用于单点深度测量。激光束直接向下投影,三个不同距离的表面,也显示了三个图像位置,很明显图像位置是传感头到工件表面距离的函数。
  目前通常使用两种类型的激光传感器。
  最比较常用的类型是其投影一个激光条纹,该激光条纹垂直于焊接接头。条纹的形状被焊接接头形状干扰而产生变形。变形了的条纹通过二维CCD或者CMOS摄像机获取。这种结构光式传感器的优点是其内部没有任何移动式部件,并且很坚固耐用。但是对于厚板深坡口的焊接来说,其缺点是受传感头尺寸的限制,其水平和垂直的视场相互关系固定,这就很难获得窄间隙深坡口的条纹。给出了典型激光条纹型传感器,对于光学元器件来说焊接环境是很恶劣的,因此焊接用的传感器必须坚固耐用,能够适应各种复杂的环境。
  特殊的激光传感器采用了点状激光而非条纹型激光,沿着焊接接头对激光点进行扫描,以及将图像上点解码到线性CCD摄像机上。这种类型的激光传感器比较复杂,并且包含了运动部件,因此比激光条纹型传感器灵活性稍差。但它确实在焊接深坡口的特定应用中,具有很多优点,主要包括:(1)传感器水平分辨率独立于垂直方向的分辨率,这就使得系统能够获得视场宽度小、而景深大的焊接接头图像。
  (2)扫描式激光传感器可以提高反射性接头的识别精度,例如机械加工的U形接头。
  (3)激光器的功率在每次扫描过程中可以动态调整以获得高质量的图像,这不同于条纹型激光传感器,其整个条纹的激光功率是不变的。
  1.2传感器控制系统控制系统从图像中提取激光条纹,分析其形状,判定接头的结构以及相对于传感头的位置。由于传感头与焊枪的位置相对固定,控制器确保焊枪在焊接过程中始终在正确的位置上。
  传感头的类型不同,我们使用了两种控制系统。一种是基于RISC芯片的板式结构,板上集成了图像处理和I/O功能,它提供了低成本的焊缝跟踪解决方案。
  美中不足的是控制系统是非标准结构。另一种类型的控制器是基于标准化PCI总线的工业计算机,运行Windows操作系统。它的优点是使用了主框架式结构,提供了信息丰富的用户界面、网络连接等接口,但价格相对昂贵。由于常规的基于Windows的计算机不是实时的,因此系统中采用了一些特殊硬件测量分析设备,保证系统能够进行实时跟踪和控制。
 

 

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