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焊接是工業(yè)制造中偉大的發(fā)明，是生產(chǎn)制造不可獲取的技術(shù)。焊接的過程就是控制熱量或者熱源作用到兩塊以上的材料上面，讓這些材料形成一個完整的接頭。比如，針對電弧焊來講，焊接作業(yè)就是人、機(jī)器人或者專用把持焊槍，按照一定速度沿著焊縫運動，同時按照一定的工藝參數(shù)施加熱源能量。除了正確的工藝參數(shù)，焊槍能否精準(zhǔn)的跟蹤焊縫是保證焊接質(zhì)量的重要手段。
在諸多焊接過程信息傳感方法中，視覺方法是當(dāng)前公認(rèn)的信息量最大、效果最好的傳感方法。早在20世紀(jì)80年代初，國內(nèi)外的很多研究人員就已開始研究視覺傳感方法，包括以電弧光為光源的被動視覺傳感和采用激光輔助照明的主動視覺傳感。被動視覺方法中，電弧本身就是監(jiān)測位置，沒有因熱變形等因素所引起的超前檢測誤差，能夠直接獲取焊縫接頭和熔池的信息，有利于焊接質(zhì)量的自適應(yīng)控制。然而，直接觀測易受到電弧的嚴(yán)重干擾，至今還沒有成熟的工業(yè)應(yīng)用的報道。因而，主動光視覺特別是基于激光三角測量原理的結(jié)構(gòu)光或掃描方法已成為目前焊接工業(yè)應(yīng)用中主要的視覺傳感方法。激光視覺傳感的最大特點是能夠獲取焊縫截面的精確幾何形狀和空間位置的信息，適合實時焊縫跟蹤和自適應(yīng)工藝參數(shù)控制。
激光視覺傳感的基本原理就是光學(xué)的三角測量原理。激光束照射到目標(biāo)物體的表面，形成一個光斑點，經(jīng)過攝像頭上的透鏡在光敏探測器上產(chǎn)生一個像點。由于激光器與攝像頭的相對位置是固定的，當(dāng)激光傳感器與目標(biāo)物體的距離發(fā)生變化時，光敏探測器上的像點位置也相應(yīng)發(fā)生變化，所以根據(jù)物像的三角形關(guān)系可以計算出高度的變化，即測量了高度變化。當(dāng)激光束以一定的形狀掃描(掃描方式)或通過光學(xué)器件變換以光面的形式在目標(biāo)物體的表面投射出線形或其他幾何形狀的條紋(結(jié)構(gòu)光方式)，在面陣的光敏探測器上就可以得到表征目標(biāo)截面的激光條紋圖像，而當(dāng)激光傳感器沿著物體表面掃描前進(jìn)時，就能得到所掃描表面形狀的輪廓信息。所獲得的信息可用于焊縫搜索定位、焊縫跟蹤、自適應(yīng)焊接參數(shù)控制、焊縫成形檢測等。
目前，已在焊接中應(yīng)用的激光視覺傳感器主要有掃描和結(jié)構(gòu)光兩種形式。掃描方式主要有線形掃描和圓形掃描，其中圓形掃描的圖像處理方式要復(fù)雜一些。相對而言，對于反光的處理，掃描方式比結(jié)構(gòu)光方式要容易。此外，掃描方式傳感器的視場深度大，但受到掃描激光斑點的影響，掃描激光傳感器的精度，尤其是橫向分辨率相對較低。同時，受機(jī)械掃描的影響，掃描速度不高。掃描式激光傳感器大多只用于大厚度工件的焊縫跟蹤和自適應(yīng)控制。在高精度和高速度跟蹤或檢測中應(yīng)用的激光視覺傳感器大多為結(jié)構(gòu)光方式的傳感器。
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