摘要：本文敘述了已開發(fā)的激光視覺系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)識(shí)別焊接接頭位置，實(shí)現(xiàn)焊頭跟隨接頭位置的自適應(yīng)控制。該系統(tǒng)是一種完整成套的和低成本的系統(tǒng)激光視覺系統(tǒng)。已成功地應(yīng)用于管子工程、機(jī)械設(shè)備、軌道車輛、橋梁、航空器和汽車等產(chǎn)品的制造過程。通過采用激光攝像機(jī)來進(jìn)行接縫跟蹤和焊接參數(shù)的實(shí)時(shí)控制，使焊接過程，如埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)電弧焊、鎢極氬弧焊甚至激光焊，能夠以更低的成本焊出更好的接頭。 :cvT/xhO  
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關(guān)鍵詞：激光視覺系統(tǒng)；電弧焊；激光焊；應(yīng)用 v{SZ(;  
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前言 " GY3sam  
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焊接在工業(yè)的各個(gè)行業(yè)中都是一種關(guān)鍵的加工方法。結(jié)構(gòu)件的組焊是復(fù)雜的工藝過程，在可編程機(jī)器，如多軸聯(lián)動(dòng)裝置和柔性的關(guān)節(jié)式機(jī)器人出現(xiàn)之前，大部分仍采用手工操作來完成。焊接的自動(dòng)化可使生產(chǎn)率及焊接接頭和部件的質(zhì)量得到提高，同時(shí)降低總成本。 [}HS[($  
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然而，焊接機(jī)器人和焊接專機(jī)都缺少對(duì)工件的自適應(yīng)能力，這點(diǎn)與焊工不一樣。因?yàn)樗麄冇醒劬�和頭腦，不用視覺系統(tǒng)和先進(jìn)的傳感器，各種焊接方法都難以智能地自動(dòng)適應(yīng)不良的接頭裝配和焊接變形引起的接頭位置的變化。這些問題有時(shí)是由于粗糙的加工或由于難以避免的尺寸誤差所造成的。 ~)pso7^:  
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1、焊機(jī)的人工視覺 iPdS>ee  
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對(duì)于機(jī)械人焊接過程，需要3D 視覺信息。為了在焊接過程中適時(shí)引導(dǎo)焊頭，就要求每秒鐘至少能夠處理16,000 個(gè)像素。焊接時(shí)環(huán)境很熱，受到強(qiáng)光的照射，這要求激光傳感系統(tǒng)必須堅(jiān)固耐用。激光視覺系統(tǒng)的要求可歸接如下：耐熱、抗沖擊、抗強(qiáng)光輻射和磁場(chǎng)干擾、適宜各種不同的金屬表面狀況、易于編程和操作結(jié)構(gòu)緊湊、可移動(dòng)、以每10-100ms 的時(shí)間間隔處理數(shù)據(jù)備、有與機(jī)械人和專用焊機(jī)的接口軟件、聯(lián)接接頭集合參數(shù)與焊接參數(shù)的適應(yīng)控制能力、價(jià)格適宜（低于焊接機(jī)械人價(jià)格的一半）。 $R%tD.d3  
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為了測(cè)量焊接接頭的幾何形狀，激光束照射在工件表面上呈現(xiàn)三角形的光場(chǎng)。由于接頭形狀的差別，設(shè)計(jì)了不同的激光攝像頭。對(duì)激光焊接用的攝像頭可以以幾個(gè)微米的精度來確定接頭位置，其它攝像頭精度可以差一些，但是可以處理大坡口接頭。 vnWt8?)]^  
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2、自動(dòng)焊接和機(jī)械人焊接采用傳感器和過程控制的益處 2H1 [oD[  
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3、 焊接機(jī)械人用的一種視覺系統(tǒng) 0avtfQ +f  
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比較實(shí)用的一種視覺系統(tǒng)是由幾個(gè)毫瓦的半導(dǎo)體激光二極管照射接頭的三角形視場(chǎng)。通過機(jī)械掃描或者圓柱形透鏡使激光在接頭的橫向掃描。線排列的CCD 或者PSD 或者CCD矩陣接受接頭的映像。通過三角測(cè)量和視覺場(chǎng)的標(biāo)定，就可以快速計(jì)算出接頭的尺寸。接頭影響的精度和質(zhì)量受到許多因素的影響：攝像機(jī)的大��；距工件表面的距離；視場(chǎng)的大小；分辨度和計(jì)算速度；CCD 的動(dòng)態(tài)性能；激光電源的反饋控制；光路系統(tǒng)的質(zhì)量。 &NOCRabc  
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由于這種視覺系統(tǒng)的工作條件惡劣，設(shè)計(jì)和裝配一個(gè)壓縮空氣保護(hù)噴嘴來保證激光穩(wěn)定地通過物鏡傳輸?shù)焦ぜ�，這是極端重要的。還必須使用一個(gè)可更換的窗口來保護(hù)攝像機(jī)的物鏡，而可控的空氣層流同時(shí)可以壓縮和冷卻前噴嘴，成功的關(guān)鍵是按日程定期維護(hù)和更換噴嘴系統(tǒng)。 
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接線不當(dāng)也常常成為設(shè)備運(yùn)作失敗的原因，必須強(qiáng)制采用優(yōu)質(zhì)元件和材料以保證長的無故障時(shí)間MTBF。必須采用將激光攝像機(jī)、過程數(shù)據(jù)的控制單元與機(jī)械人或者專用設(shè)備聯(lián)接起來并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。接口應(yīng)該易于操作，并可以在PC 機(jī)上進(jìn)行編程。攝像機(jī)的操作必須與機(jī)械人的控制裝在一起。有時(shí)視覺系統(tǒng)可作為PC 控制焊機(jī)單元的一部分。 ;d<O/y,:4  
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4、應(yīng)用實(shí)例 wrc1N?[bn  
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應(yīng)用領(lǐng)域主要有兩大類：一種是板金結(jié)構(gòu)中焊縫多而且很短，另一種時(shí)焊接工作量大。幾個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例如下： pedyWA>