[实用新型]超微间隙对接焊缝磁光成像自动检测及跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光焊接或电弧焊接过程中焊缝的自动检测及跟踪装置，具体涉及超微间隙对接焊缝磁光成像自动检测及跟踪装置。

背景技术

焊接是制造业领域重要的加工技术，具有工作条件恶劣、工作量大及质量要求高等诸多特点。电弧焊和激光焊是焊接工业中较常用的焊接工艺方法，以电弧和激光束作为被控对象实现焊接自动控制是焊接自动化的一个重要手段。其中，精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的前提，即在整个焊接过程中必须控制激光束或电弧使其始终与焊缝对中。为此，需精确地自动检测出焊缝的位置。随着精密工件焊接的需求及减少成本的考虑，无坡口、紧密对接的超微间隙焊缝的焊接问题日益突出。焊接超微间隙对接焊缝时可不用填丝，能获得更小的焊接变形和更加均匀的焊缝接头，并能减少接头焊后缺陷检测和修复的工作量，从而可显著提高焊接效率和经济效益。因此超微间隙对接焊缝的自动检测和跟踪技术十分重要。

由于焊接是一门复杂的热加工工艺技术，工件在焊接过程中要产生热变形，并且在焊接过程中会出现强烈的辐射、弧光、烟尘、飞溅等干扰，使得在焊接过程中实现焊缝位置的精确检测相当困难。特别是对于激光焊接，其激光束功率密度高，光斑直径小，所允许的焊缝路径偏差非常小，通常当激光束与焊缝之间的偏差超过0.2mm时即可导致工件报废。而激光焊接过程中的对接焊缝往往为不开坡口的超微间隙焊缝，肉眼难以分辨，采用一般传感方法难以实现该类焊缝的识别。

目前国内外对于焊缝的检测基本上都是局限于较宽间隙或带有坡口的可见焊缝。获取焊缝位置信息主要集中在以下几种方法：(1)结构光视觉传感方法。将一可见光谱段的激光束转换为条形结构光横跨熔池前端焊缝上，当焊缝有一定间隙或形变时，条形光将随之变形。利用与结构光波长相匹配的摄像机获取变形的条形光，通过三角测量原理和图像处理技术得到焊缝位置信息。由于结构光照射位置在焊接区前方且摄像机主要采集特定波长段的结构光，因而具有较高的信噪比。目前工业上应用的焊缝跟踪器的工作原理大多数是结构光视觉传感方法。但该方法有其难以克服的缺陷：对于等厚平板对接焊，一般只能有效检测间隙大于0.15mm的焊缝。对于间隙小于0.15mm的焊缝，焊接前通常需要在对接焊缝表面处开微坡口，以使结构光在此处变形。但这无疑增加了加工成本、降低了焊接生产效率。而对于紧密对接、无坡口的超微间隙焊缝，结构光几乎不产生变形，所以无法识别。(2)红外传感方法。该方法多用于电弧焊或焊件背面传感激光焊的焊缝识别，焊接熔池及周围形成一定的温度场并伴随红外辐射，使用红外摄像机直接拍摄熔池获取红外热像，对采集到的弧焊区红外热像进行定量分析，可以获得电弧偏离焊缝的量化信息。由于剧烈的熔池和温度变化使得很难获得层次分明的红外图像，再加上红外传感器易受环境干扰并存在精度不高等问题，所以该方法还无法实现超微间隙对接焊缝的检测。(3)直接图像传感方法。该方法利用摄像机直接拍摄熔池，通过图像处理分析灰度分布，推测焊缝中心偏差信息。由于该方法直接获取熔池图像，很大程度上消除了导前误差。但由于熔池变化剧烈且熔池处的焊缝已经熔化，焊缝信息基本湮没，因此难以从根本上获取焊缝偏差的特征和规律。目前仅限于检测间隙较宽的焊缝。(4)其它方法。如利用差动变压器作为检测垂直和水平方向偏差的传感器；根据焊缝间隙对声发射波传播有影响的现象，利用声发射-微处理器控制的焊缝检测系统；应用电弧传感器实现带有坡口的V形焊缝检测；利用电涡流方法检测焊缝，但不能准确判断焊缝左右偏差位置；超声波传感方法需要超声变换器与被焊板材的紧密接触，极大地限制了超声波传感器在检测焊缝方面的应用。以上方法均不能准确检测超微间隙对接焊缝的位置。

综上分析可知，目前对于等厚对接的超微间隙焊缝，尚无有效的检测方法。事实上，当前国内外在焊接超微间隙(＜0.1mm)对接焊缝方面还不具备可靠的焊缝检测和跟踪方法，在焊接前需要对焊缝表面加工微坡口(采用结构光跟踪焊缝时)，或花费相当多的时间用于工件的装配、夹持及精确调整，激光束或电弧大多按预先设定的路径运动，而由于在加工过程中，工件的热变形、装配误差等往往使得焊缝偏离预先设定的路径，这种预先设定焊接轨迹的方法时常无法避免焊缝出现较大的偏差，难以满足现实工业焊接要求。

发明内容

本实用新型的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种检测和跟踪精度高、运行可靠的超微间隙对接焊缝磁光成像自动检测及跟踪装置。