焊管行業(yè)中的激光視覺(jué)系統(tǒng)
基本原理
激光視覺(jué)系統(tǒng)普遍應(yīng)用三角結(jié)構(gòu)光測(cè)量法來(lái)獲得工件表面的三維信息。三角測(cè)量法本身是一個(gè)古老的技術(shù),在第二次世界大戰(zhàn)中曾用來(lái)控制轟炸機(jī)投彈精度。激光視覺(jué)技術(shù)采用激光作為結(jié)構(gòu)光源,激光器同攝像機(jī)(CCD或者CMOS)成特定的角度,兩者置于緊湊的傳感器內(nèi)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(jī)獲取到激光條紋的圖像,通過(guò)三角測(cè)量的矩陣換算以及圖像處理和特征進(jìn)行識(shí)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(tǒng)提取出接頭相對(duì)于焊槍位置的偏差數(shù)據(jù),然后調(diào)節(jié)控制機(jī)器人或者焊接專機(jī)焊槍的運(yùn)動(dòng)。
在焊管行業(yè)的應(yīng)用
采用激光視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)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(yīng)用。在過(guò)去的15年間,數(shù)百套系統(tǒng)已安裝在簡(jiǎn)單的TIG焊管焊槍導(dǎo)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(jī)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,注意觀察管材合攏的邊緣處形成的間隙,間隙中間位置應(yīng)是焊槍的理想位置,傳感器探測(cè)到當(dāng)前焊槍位置同其基準(zhǔn)位置之間的偏差,并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(十字滑架)移動(dòng)焊槍到當(dāng)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(dá)到5~10m/min。通過(guò)激光傳感器每秒50次的運(yùn)算和處理,激光視覺(jué)系統(tǒng)可以很容易適應(yīng)這樣高的焊接速度。
圖1 TIG焊管激光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)
2. 直縫和螺旋埋弧焊管
對(duì)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(nèi)縫(ID)和外縫(OD),產(chǎn)品用作油氣管道。
激光焊縫跟蹤系統(tǒng)可以用于上述三個(gè)過(guò)程,即點(diǎn)固焊、內(nèi)焊和外焊。因?yàn)閁OE點(diǎn)固通常采用明弧,電流高達(dá)2000A,焊接速度高達(dá)10m/min,明弧大電流會(huì)產(chǎn)生的強(qiáng)烈弧光、煙塵和飛濺,其工作環(huán)境非常惡劣,UOE點(diǎn)固系統(tǒng)上采用激光跟蹤系統(tǒng)是一個(gè)挑戰(zhàn)。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(shè)備對(duì)于焊接飛濺非常敏感,需要經(jīng)常維護(hù),而激光跟蹤傳感器維護(hù)工作量很小,只需要定期清理和更換保護(hù)塑料片。激光焊縫跟蹤系統(tǒng)目前已經(jīng)成功地取代了點(diǎn)固焊機(jī)上的接觸式焊縫跟蹤設(shè)備
ID和OD焊接系統(tǒng)焊接環(huán)境相對(duì)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(tǒng)。
評(píng)論