焊管行業中的激光視覺系統
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基本原理
激光視覺系統普遍應用三角結構光測量法來獲得工件表面的三維信息。三角測量法本身是一個古老的技術，在第二次世界大戰中曾用來控制轟炸機投彈精度。激光視覺技術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，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，通過三角測量的矩陣換算以及圖像處理和特征進行識別，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機焊槍的運動。
在焊管行業的應用
采用激光視覺系統對焊縫進行跟蹤和過程控制的技術已經在焊管行業得到廣泛的應用。在過去的15年間，數百套系統已安裝在簡單的TIG焊管焊槍導引、螺旋焊管過程控制以及海面厚壁管道的多焊槍多層多道全自動焊接生產中。
1. TIG焊管
圖1展示了TIG焊管焊接過程中的焊接機頭部分。激光視覺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。通過激光傳感器每秒50次的運算和處理，激光視覺系統可以很容易適應這樣高的焊接速度。
圖1 TIG焊管激光自動跟蹤系統
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：直縫焊管以及螺旋焊管。
直縫焊管通過板材卷制成形，在最后成形之前，通過點固焊之后，采用雙絲埋弧焊接內縫(ID)和外縫(OD)，產品用作油氣管道。
激光焊縫跟蹤系統可以用于上述三個過程，即點固焊、內焊和外焊。因為UOE點固通常采用明弧，電流高達2000A，焊接速度高達10m/min，明弧大電流會產生的強烈弧光、煙塵和飛濺，其工作環境非常惡劣，UOE點固系統上采用激光跟蹤系統是一個挑戰。通過采用激光視覺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成功地取代了點固焊機上的接觸式焊縫跟蹤設備
ID和OD焊接系統焊接環境相對整潔，該焊接過程是產品生產的最后階段，該過程必須非常可靠，盡可能降低廢品率。圖2展示了UOE直縫的焊接(OD)激光自動跟蹤系統。
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