3D激光视觉传感器在焊接中如何应用

       焊接是工业制造领域的一项伟大发明，是生产中不可缺少的技术。焊接过程是控制热量或热源作用于两种或两种以上的材料，形成完整的连接。例如，在电弧焊中，焊接操作需要人、机器人或专门的夹具以一定的速度沿焊缝移动焊枪，同时按照特定的工艺参数施加热能。除了正确的工艺参数外，焊枪能否准确跟踪焊缝对保证焊接质量至关重要。

      在各种焊接过程信息感知方法中，视觉方法是公认的提供信息最多、效果最好的方法。早在20世纪80年代初，国内外许多研究人员就开始研究视觉感知方法，包括以电弧光为光源的被动视觉感知和以激光辅助照明的主动视觉感知。在被动视觉方法中，电弧本身对位置进行监测，避免了热变形带来的提前检测误差，直接获得焊缝和熔池的信息，有利于自适应控制焊接质量。

　　但直接观察易受电弧干扰，且目前尚无成熟的工业应用报道。因此主动光学视觉，特别是基于激光三角测量原理的结构光或扫描方法成为焊接工业应用中的主要视觉传感方法。激光视觉传感的最大特点是能够获得焊缝横截面精确的几何形状和空间位置，适用于焊缝的实时跟踪和自适应工艺参数控制。

       激光视觉传感的基本原理是光学三角测量。激光束照射到目标物体表面，形成光斑，该光斑通过摄像机上的镜头在感光探测器上产生像点。由于激光器与摄像机的相对位置是固定的，激光传感器与目标物体之间距离的变化会引起感光探测器上像点位置的相应变化，由此可以根据三角关系计算出高度变化，从而测得高度变化量。

　　当激光束通过光学装置以一定形状扫描（扫描法）或以直线或其他几何图案（结构光法）投射到目标物体表面时，面阵感光探测器可以获得代表目标横截面的激光条纹图像。当激光传感器沿物体表面扫描时，获得被扫描表面的轮廓信息，这些信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测等。

      目前焊接中使用的激光视觉传感器主要有扫描和结构光两种方式。扫描方式主要有直线扫描和圆周扫描，圆周扫描的图像处理更为复杂。扫描方式对反射的处理优于结构光方式。另外，扫描传感器的景深较大，但由于受扫描激光光斑的影响，其精度尤其是横向分辨率相对较低。机械扫描影响扫描速度，因此扫描激光传感器多适用于厚工件的焊缝跟踪和自适应控制。高精度、高速跟踪或检测所采用的激光视觉传感器大多是结构光传感器。