焊縫跟蹤傳感器的組成部分及功能

CCD相機

CCD相機在焊縫跟蹤傳感器中的主要功能就是讀取圖像。用CCD相機拍攝景物時，景物反射的光線通過CCD相機的鏡頭透射到CCD上。當CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發(fā)釋放出電荷，感光元件的電信號便由此產生。

CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號線路對光電二極管產生的電流進行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD相機會將一次成像產生的電信號收集起來，統(tǒng)一輸出到放大器。經過放大和濾波后的電信號被送到A/D，由A/D將電信號(此時為模擬信號)轉換為數(shù)字信號，數(shù)值的大小和電信號的強度即電壓的高低成正比。這些數(shù)值其實就是圖像的數(shù)據(jù)了。

不過單依靠上一步所得到的圖像數(shù)據(jù)還不能直接生成圖像，還要輸出到數(shù)字信號處理器(DSP)。在DSP中，這些圖像數(shù)據(jù)被進行色彩校正、白平衡處理(視用戶在CCD相機中的設定而定)等后期處理，編碼為相機所支持的圖像格式、分辨率等數(shù)據(jù)格式，然后才會被存儲為圖像文件。Zui后，圖像文件就被寫入到CCD相機的存儲器上(內置或外置存儲器)。

半導體激光器

由光源通過線性發(fā)生器產生功率，密度均勻、直線度高、穩(wěn)定性好，并呈一字線型輸出的激光器。激光器有紅光和藍光可以選擇，還可根據(jù)客戶具體要求選擇相應波長角度及線寬。

濾光保護鏡片

由于焊接過程中產生的煙塵和飛濺會對數(shù)據(jù)采集產生一定的影響，所以每個傳感器使用時都要裝上一個濾光保護鏡片，濾光保護鏡片一方面是用來保護激光器相機的，一方面可以過濾光線。當其表面有污垢時，要及時進行更換。保護鏡片在安裝更換過程中，任何一點粘物，甚至指甲印過油滴，都會使鏡片吸收率提高，降低使用壽命。所以鏡片的清潔工作不容忽視：

安裝時必須帶手套操作，不能留下任何指紋；

不可讓任何東西刮傷鏡片表面；

取鏡時雙手指托拿鏡片邊緣，不可接觸膜層；

用清潔的綿紙、擦試紙和光學級別的溶劑進行鏡片清洗。

防飛濺擋板

主要用于阻擋弧光飛濺煙塵等對激光器的干擾，從而使傳感器系統(tǒng)使用時更加精準和穩(wěn)定。

風冷裝置

由于焊接時溫度都比較高，現(xiàn)在大部分使用風冷系統(tǒng)，一方面是為了給傳感器降溫，一方面是為了延長傳感器的使用壽命。傳感器外殼的防護等級為IP67，使用合適溫度在5℃-45℃，超過這個溫度會影響傳感器的使用壽命。如果有必要，可以額外使用一個水冷的安裝板來對傳感頭進行冷卻。

傳感器通過復雜的程序算法完成對常見焊縫的在線實時檢測。對于檢測范圍、檢測能力以及針對焊接過程中的常見問題都有相應的功能設置。設備通過計算檢測到的焊縫與焊槍之間的偏差，輸出偏差數(shù)據(jù)，由運動執(zhí)行機構實時糾正偏差，引導焊槍自動焊接，從而實現(xiàn)對焊接過程中焊縫的智能實時跟蹤。

激光焊縫跟蹤原理

激光焊縫跟蹤傳感器采用激光三角反射式原理，即激光束被放大形成一條激光線投射到被測物體表面上，反射光透過高質量光學系統(tǒng)，被投射到成像矩陣上，經過計算得到傳感器到被測表面的距離（Z軸）和沿著激光線的位置信息（X軸）。移動被測物體或輪廓儀探頭，就可以得到一組三維測量值。所獲得的信息可用于焊縫搜索定位、焊縫跟蹤、自適應焊接參數(shù)控制、焊縫成形檢測并將信息實時傳遞到機械手單元，完成各種復雜焊接，避免焊接質量偏差，實現(xiàn)無人化焊接。

激光焊縫跟蹤技術的概念

焊縫跟蹤傳感器主要由CCD相機、半導體激光器、激光保護鏡片、防飛濺擋板和風冷裝置組成，利用光學傳播與成像原理，得到激光掃描區(qū)域內各個點的位置信息，通過復雜的程序算法完成對常見焊縫的在線實時檢測。對于檢測范圍，檢測能力以及針對焊接過程中的常見問題都有相應的功能設置。傳感器通常以預先設定的距離(超前)安裝在焊槍前部，因此它可以觀察焊縫傳感器本體到工件的距離，也就是安裝高度取決于所安裝的傳感器型號。當焊槍在焊縫上方正確的定位后才能使得攝像機觀察到焊縫。

設備通過計算檢測到的焊縫與焊槍之間的偏差，輸出偏差數(shù)據(jù)，由運動執(zhí)行機構實時糾正偏差，引導焊槍自動焊接，從而實現(xiàn)與機器人控制系統(tǒng)實時通訊跟蹤焊縫進行焊接，就等于是給機器人裝上眼睛。手工或半自動焊接是依靠操作者肉眼的觀察和手工的調節(jié)來實現(xiàn)對焊縫的跟蹤。對于機器人或自動焊接專機等全自動化的焊接應用，主要靠機器的編程和記憶能力、工件及其裝配的精度和一致性來保證焊槍能在工藝許可的精度范圍內對準焊縫。通常，機器的重復定位精度、編程和記憶能力等已能滿足焊接的要求。

然而，在很多情況下，工件及其裝配的精度和一致性不易滿足大型工件或大批量自動焊接生產的要求，其中還存在因過熱而導致的應力和變形的影響。因此，一旦遇到這些情況，就需要有自動跟蹤裝置，用來執(zhí)行類似于手工焊中人眼與手的協(xié)調跟蹤與調節(jié)的功能。

04焊接類型

發(fā)展及前景

焊縫跟蹤器對于焊接來說可以說是一個偉大的發(fā)明。

在焊縫跟蹤器領域，進口品牌有賽融、Meta，多和ABB、安川、發(fā)那科和庫卡四大家族的機器人適配，主要用于機器人焊接。焊縫跟蹤器價格不菲，整體來說可能比機器人本體還貴。

國產的激光焊縫跟蹤器有創(chuàng)想、同舟、英萊以及自主研發(fā)品牌博智慧達，可以與ABB、安川、發(fā)那科、庫卡以及國產機器人、焊接專機適配。

在專機領域，焊縫跟蹤器能滿足多種環(huán)境需求，例如熱水器內膽環(huán)縫焊接、空壓機儲氣筒焊接、鋼瓶環(huán)縫、直縫等。進口品牌的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在小直徑圓管的跟蹤，而在長直縫和環(huán)縫方面，國產和進口技術差異不大，成本卻只有進口的三分之一到二分之一，市場前景誘人。

隨著先進制造技術的發(fā)展，實現(xiàn)焊接跟蹤的自動化與智能化已成為必然趨勢。未來幾年，激光焊縫跟蹤不僅需要技術更新?lián)Q代，在應用拓展方面，更需要通過對客戶應用的深入了解，貼近用戶需求，改良產品。