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焊管行業(yè)中的激光視覺(jué)系統
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時(shí)間：2013-03-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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激光視覺(jué)技術(shù)起始于20世紀80年代，隨著(zhù)該技術(shù)的逐漸成熟，已開(kāi)發(fā)出許多附加功能，如基于接頭幾何形狀的自適應控制等。同時(shí)該技術(shù)應用廣泛，尤其在焊管行業(yè)，如TIG焊管、直縫埋弧焊管和螺旋焊管等。
基本原理
激光視覺(jué)系統普遍應用三角結構光測量法來(lái)獲得工件表面的三維信息。三角測量法本身是一個(gè)古老的技術(shù)，在第二次世界大戰中曾用來(lái)控制轟炸機投彈精度。激光視覺(jué)技術(shù)采用激光作為結構光源，激光器同攝像機(CCD或者CMOS)成特定的角度，兩者置于緊湊的傳感器內部。使用時(shí)，激光器京柱面鏡投射激光條紋到工件/接頭的表面，攝像機獲取到激光條紋的圖像，通過(guò)三角測量的矩陣換算以及圖像處理和特征進(jìn)行識別，從而獲取到焊接接頭的三維信息。該信息隨后可以被用于焊接過(guò)程的控制。如果用于焊縫跟蹤，系統提取出接頭相對于焊槍位置的偏差數據，然后調節控制機器人或者焊接專(zhuān)機焊槍的運動(dòng)。
在焊管行業(yè)的應用
采用激光視覺(jué)系統對焊縫進(jìn)行跟蹤和過(guò)程控制的技術(shù)已經(jīng)在焊管行業(yè)得到廣泛的應用。在過(guò)去的15年間，數百套系統已安裝在簡(jiǎn)單的TIG焊管焊槍導引、螺旋焊管過(guò)程控制以及海面厚壁管道的多焊槍多層多道全自動(dòng)焊接生產(chǎn)中。
1. TIG焊管
圖1展示了TIG焊管焊接過(guò)程中的焊接機頭部分。激光視覺(jué)傳感器安裝在距離焊槍前面很短的距離處，注意觀(guān)察管材合攏的邊緣處形成的間隙，間隙中間位置應是焊槍的理想位置，傳感器探測到當前焊槍位置同其基準位置之間的偏差，并控制執行機構(十字滑架)移動(dòng)焊槍到當前的焊縫位置處，從而保證焊槍始終處于焊縫的中心位置。TIG焊管的焊接速度可以達到5～10m/min。通過(guò)激光傳感器每秒50次的運算和處理，激光視覺(jué)系統可以很容易適應這樣高的焊接速度。 
圖1 TIG焊管激光自動(dòng)跟蹤系統
在TIG焊管中應用激光視覺(jué)系統能夠提高生產(chǎn)率和焊縫質(zhì)量。管子成形前形成焊縫之處的間隙經(jīng)常會(huì )相對焊槍產(chǎn)生連續波動(dòng)。如果不采用焊縫自動(dòng)跟蹤系統，就需要操作者監視焊槍相對于焊縫的位置，如果產(chǎn)生偏差，操作者必須加以調整。采用激光視覺(jué)系統，操作者就不需再監視該過(guò)程。另一個(gè)好處在于激光跟蹤系統以50Hz的頻率和0.1mm的精度檢測并控制焊槍相對于焊縫的位置，提高了焊接質(zhì)量，降低了廢品率，同時(shí)也提高了生產(chǎn)率。在國內大連近江不銹鋼有限公司已經(jīng)得到應用，同時(shí)在浙江久立的等離子焊管中也得到應用。目前國內的激光焊管中也應用了類(lèi)似的系統。
2. 直縫和螺旋埋弧焊管
對于大直徑的管道，通常采用兩種方法生產(chǎn)：直縫焊管以及螺旋焊管。
直縫焊管通過(guò)板材卷制成形，在最后成形之前，通過(guò)點(diǎn)固焊之后，采用雙絲埋弧焊接內縫(ID)和外縫(OD)，產(chǎn)品用作油氣管道。
激光焊縫跟蹤系統可以用于上述三個(gè)過(guò)程，即點(diǎn)固焊、內焊和外焊。因為UOE點(diǎn)固通常采用明弧，電流高達2000A，焊接速度高達10m/min，明弧大電流會(huì )產(chǎn)生的強烈弧光、煙塵和飛濺，其工作環(huán)境非常惡劣，UOE點(diǎn)固系統上采用激光跟蹤系統是一個(gè)挑戰。通過(guò)采用激光視覺(jué)傳感器就可以濾除所有的電弧光和飛濺輻射。
接觸式焊縫跟蹤設備對于焊接飛濺非常敏感，需要經(jīng)常維護，而激光跟蹤傳感器維護工作量很小，只需要定期清理和更換保護塑料片。激光焊縫跟蹤系統目前已經(jīng)成功地取代了點(diǎn)固焊機上的接觸式焊縫跟蹤設備
ID和OD焊接系統焊接環(huán)境相對整潔，該焊接過(guò)程是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后階段，該過(guò)程必須非?？煽?，盡可能降低廢品率。圖2展示了UOE直縫的焊接(OD)激光自動(dòng)跟蹤系統。
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