在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程飛速發(fā)展的當(dāng)下,焊接作為制造業(yè)的關(guān)鍵工藝,其質(zhì)量直接決定產(chǎn)品的性能與壽命。而焊縫跟蹤技術(shù),無(wú)疑是保障焊接質(zhì)量的 “智能大腦”,它憑借先進(jìn)的傳感技術(shù)與智能算法,能在焊接過(guò)程中精準(zhǔn)捕捉焊縫位置,及時(shí)糾正偏差,有效提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)。接下來(lái),本文將深入剖析焊縫跟蹤技術(shù)的原理、應(yīng)用及操作要點(diǎn),為讀者帶來(lái)全面且實(shí)用的知識(shí)。
一、焊縫跟蹤技術(shù)的核心價(jià)值
1. 高精度焊接的堅(jiān)實(shí)保障
在傳統(tǒng)人工焊接作業(yè)中,焊接質(zhì)量高度依賴(lài)操作者的經(jīng)驗(yàn)與技能,不僅效率低,而且定位誤差較大。而自動(dòng)化焊縫跟蹤系統(tǒng)的出現(xiàn),徹底改變了這一局面。比如鐳爍光電的焊縫跟蹤系統(tǒng)它能夠?qū)⒍ㄎ徽`差嚴(yán)格控制在 ±0.01mm 以?xún)?nèi),在航空航天、船舶制造等對(duì)焊接精度要求極高的領(lǐng)域,極大地保障了關(guān)鍵部件的質(zhì)量,為產(chǎn)品的可靠性與安全性提供了有力支撐。
2. 復(fù)雜工況的應(yīng)對(duì)利器
在實(shí)際焊接過(guò)程中,坡口間隙不均勻、工件受熱變形等復(fù)雜工況時(shí)常出現(xiàn),這對(duì)焊接質(zhì)量構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。焊縫跟蹤系統(tǒng)憑借實(shí)時(shí)反饋機(jī)制,能夠迅速感知這些動(dòng)態(tài)變化,并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài),有效避免漏焊、焊穿等問(wèn)題,確保焊接過(guò)程穩(wěn)定、高效。
3. 成本控制的有效手段
通過(guò)減少焊接缺陷導(dǎo)致的返工現(xiàn)象,以及避免不必要的材料浪費(fèi),焊縫跟蹤技術(shù)能夠幫助企業(yè)顯著降低生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì),采用該技術(shù)后,企業(yè)綜合成本可節(jié)省高達(dá) 30%,這在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,無(wú)疑為企業(yè)帶來(lái)了更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
二、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
(一)傳感器選型與配置
1. 激光視覺(jué)傳感器
激光視覺(jué)傳感器的工作原理是發(fā)射線狀激光對(duì)焊縫進(jìn)行掃描,隨后利用 CCD 相機(jī)采集反射光帶,進(jìn)而生成 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的精準(zhǔn)識(shí)別。其突出優(yōu)勢(shì)在于具備強(qiáng)大的抗弧光干擾能力,特別適用于 MIG/MAG 等焊接過(guò)程中強(qiáng)光干擾嚴(yán)重的環(huán)境。在安裝時(shí),需將傳感器前置焊槍 20 - 30mm,并保持 15° - 30° 的傾斜角,這樣既能有效避開(kāi)焊接飛濺物,又能確保獲取清晰準(zhǔn)確的焊縫圖像。
2. 結(jié)構(gòu)光傳感器
結(jié)構(gòu)光傳感器則更適用于薄板對(duì)接焊、角焊縫等低反射率材料的焊接場(chǎng)景。在使用過(guò)程中,合理設(shè)置參數(shù)至關(guān)重要,掃描頻率建議不低于 50Hz,以保證系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)焊縫的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精準(zhǔn)的跟蹤。
(二)數(shù)據(jù)處理流程
1. 圖像預(yù)處理
焊接過(guò)程中產(chǎn)生的等離子云等干擾因素會(huì)影響圖像質(zhì)量,因此圖像預(yù)處理是數(shù)據(jù)處理流程的關(guān)鍵第一步。通過(guò)采用中值濾波技術(shù),可以有效去除噪聲,使圖像更加清晰。再利用 Sobel 算子進(jìn)行邊緣檢測(cè),能夠準(zhǔn)確鎖定焊縫中心線,為后續(xù)的軌跡規(guī)劃提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
2. 軌跡規(guī)劃算法
自適應(yīng) PID 控制算法是軌跡規(guī)劃的核心,它能夠根據(jù)焊縫偏差量,實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整焊槍的橫向和縱向補(bǔ)償量,確保焊槍始終沿著焊縫中心線移動(dòng)。以 V 型坡口焊接為例,系統(tǒng)不僅要精確控制焊槍位置,還需同步調(diào)節(jié)電弧電壓與送絲速度,以保證焊接質(zhì)量的一致性。
三、操作實(shí)施步驟
步驟 1:系統(tǒng)校準(zhǔn)
使用標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定,是確保系統(tǒng)定位精度的基礎(chǔ)工作。這一過(guò)程需要精確校準(zhǔn) X/Y/Z 三軸,同時(shí)驗(yàn)證激光平面與焊槍 TCP 點(diǎn)的空間關(guān)系,為后續(xù)的焊接作業(yè)提供準(zhǔn)確的坐標(biāo)基準(zhǔn)。
步驟 2:工藝參數(shù)匹配
根據(jù)母材厚度設(shè)定合適的掃描寬度,一般推薦在焊縫寬度基礎(chǔ)上增加 2mm 余量,以確保能夠完整捕捉焊縫信息。此外,合理調(diào)整濾波閾值也十分重要,這樣可以有效過(guò)濾掉氧化皮等干擾特征,避免系統(tǒng)誤判。
步驟 3:動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)試
在正式投入生產(chǎn)前,以 50% 額定速度進(jìn)行試運(yùn)行,觀察系統(tǒng)的糾偏響應(yīng)時(shí)間,要求響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于 50ms。同時(shí),模擬極端工況,如工件裝配錯(cuò)位超過(guò) 1.5mm 的情況,測(cè)試系統(tǒng)在復(fù)雜條件下的穩(wěn)定性和可靠性。
步驟 4:生產(chǎn)驗(yàn)證
進(jìn)行連續(xù) 10 米以上的焊縫焊接測(cè)試,統(tǒng)計(jì)焊接合格率,目標(biāo)值應(yīng)達(dá)到 99.5% 以上。對(duì)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的典型缺陷,如咬邊、未熔合等,詳細(xì)記錄并與系統(tǒng)日志進(jìn)行對(duì)比分析,以便及時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)和工藝方案。
四、常見(jiàn)問(wèn)題解決方案
故障現(xiàn)象 | 排查要點(diǎn) | 處理措施 |
信號(hào)抖動(dòng) | 電磁干擾、振動(dòng)源 | 加裝屏蔽層,隔絕電磁干擾;安裝減震支架,減少振動(dòng)影響 |
特征丟失 | 保護(hù)鏡污染 | 及時(shí)清潔鏡片,或啟用自除塵模塊,保持鏡片清潔 |
滯后補(bǔ)償 | 機(jī)械傳動(dòng)間隙 | 校準(zhǔn)伺服電機(jī)反向間隙參數(shù),提高傳動(dòng)精度 |
五、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1. 多傳感器融合
未來(lái)焊縫跟蹤技術(shù)將朝著多傳感器融合的方向發(fā)展。通過(guò)結(jié)合 TOF 相機(jī)與紅外測(cè)溫儀等多種傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形貌與熱場(chǎng)分布的協(xié)同感知,從而更全面地掌握焊接過(guò)程,進(jìn)一步提升焊接質(zhì)量。
2. AI 深度學(xué)習(xí)
人工智能技術(shù),尤其是深度學(xué)習(xí)算法,將在焊縫跟蹤領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。通過(guò)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,系統(tǒng)能夠識(shí)別各種特殊接頭形式,如搭接焊縫等。
3. 數(shù)字孿生應(yīng)用
數(shù)字孿生技術(shù)的引入,可在虛擬環(huán)境中模擬焊接過(guò)程,提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化。這不僅能夠大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試周期,預(yù)計(jì)可縮短 40% 以上,還能降低調(diào)試成本,提高生產(chǎn)效率。
焊縫跟蹤技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)智能制造的重要標(biāo)志,其應(yīng)用水平直接反映企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。鐳爍光電研發(fā)的 LST - 300 系列跟蹤系統(tǒng),憑借自適應(yīng)光學(xué)濾波技術(shù)與先進(jìn)的抗擾算法,在眾多重大項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了 0.01mm 級(jí)的超高跟蹤精度,為行業(yè)樹(shù)立了新的標(biāo)桿。如果您有定制化的焊縫跟蹤解決方案需求,歡迎隨時(shí)與我們的鐳爍光電的專(zhuān)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系,我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)。