溶接におけるレーザービジョンセンシング技術の応用

2021-10-04 22:32:09

Posted by htrlaser65

Category: その他

簡単に言えば、溶接の操作プロセスは、エネルギーまたは熱源を制御して、2つ以上の材料に作用して完全な接合部を形成することです。たとえば、アーク溶接の場合、操作プロセスは、溶接ガンが人間、ロボット、または特殊な機械によって保持され、特定のプロセスパラメータでエネルギーを適用しながら特定の速度で溶接シームに沿って移動することです。正しいプロセスパラメータに加えて、溶接トーチが溶接を正確に追跡するかどうかは、溶接品質を確保するための重要な部分です。

手動または半自動溶接は、溶接の追跡を実現するために、オペレーターの目視観察と手動調整に依存しています。ロボットや自動溶接機などの完全自動溶接アプリケーションの場合、機械のプログラミング機能とメモリ機能、ワークピースとそのアセンブリの精度と一貫性は、主に溶接トーチが許可された精度範囲内で溶接を位置合わせできるようにするために使用されますプロセスによって。通常、機械の繰り返し位置決め精度、プログラミング、およびメモリ機能は、すでに溶接の要件を満たすことができます。しかし、多くの場合、ワークピースとそのアセンブリの精度と一貫性は、大規模なワークピースや大量の自動溶接生産の要件を満たすのは容易ではなく、過熱による応力や変形の影響もあります。したがって、これらの状況が発生すると、手動溶接での人間の目と手の協調的な追跡と調整と同様の機能を実行するために、自動追跡デバイスが必要になります。

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多くの溶接プロセス情報検知方法の中で、視覚的手法は現在、情報量が最も多く、効果が最も高い検知方法として認識されています。 1980年代初頭には、国内外の多くの研究者が、光源としてアークランプを使用するパッシブ視覚センシングやレーザー支援照明を使用するアクティブ視覚センシングなどの視覚センシング方法の研究を開始しました。パッシブビジョン方式では、アーク自体が監視位置であり、熱変形などによる高度な検出誤差がなく、溶接継手や溶接プールの情報を直接取得できるため、適応性に優れています。溶接品質の管理。しかし、直接観察は電気アークからの深刻な干渉を受けやすく、これまでのところ成熟した産業用途の報告はありません。したがって、アクティブライトビジョン、特に構造化光またはレーザー三角測量の原理に基づくスキャン方法は、溶接業界の主要なビジョンセンシング方法になっています。レーザービジョンセンシングの最大の特徴は、溶接断面の正確な幾何学的形状と空間位置に関する情報を取得できることです。これは、リアルタイムの溶接追跡と適応プロセスパラメータ制御に適しています。

1.レーザービジョンセンシングの原理

レーザービジョンセンシングの基本原理は、図1に示すように、光学三角測量の原理です。レーザービームは、ターゲットオブジェクトの表面を照射して光スポットを形成します。光スポットは、カメラのレンズを通過して、感光性検出器にイメージポイントを生成します。レーザーとカメラの相対位置が固定されているため、レーザーセンサーと対象物との距離が変化すると、それに応じて感光体検出器上の像点の位置も変化します。したがって、高さの変化は次のように計算できます。オブジェクト画像の三角関係、つまり高さの変化を測定します。レーザービームを特定の形状にスキャンする場合（スキャン方法）、または光学デバイスによって光面の形に変換して、感光性検出器上でターゲットオブジェクトの表面に線形またはその他の幾何学的なストライプを投影する場合（構造化光法）エリアアレイの図2に示すように、ターゲットの断面を特徴付けるレーザーフリンジ画像を取得できます。レーザーセンサーが対象物の表面をスキャンして前進すると、スキャンされた表面形状の輪郭情報を取得できます。得られた情報は、溶接シームの検索と位置決め、シーム追跡、適応溶接パラメータ制御、溶接シーム形成検出などに使用できます。

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2.レーザービジョンセンシングの新しい開発と応用

現在、溶接に使用されているレーザービジョンセンサーには、主に走査型光と構造化光の2つの形態があります。スキャン方法は主に線形スキャンと円形スキャンであり、円形スキャンの画像処理方法はより複雑です。相対的に言えば、反射の処理については、走査法は構造化光法よりも簡単です。また、走査方式センサーの被写界深度は最大280mm以上と大きくなっています。しかし、走査型レーザースポットの影響を受けて、走査型レーザーセンサーの精度、特に横方向の解像度は比較的低く、通常は> 0.3mmです。同時に、機械的スキャンの影響により、スキャン速度は速くありません。走査型レーザーセンサーは、主に溶接シームの追跡と厚手のワークピースの適応制御にのみ使用されます。高精度および高速の追跡または検出に使用されるレーザービジョンセンサーは、ほとんどが構造化光センサーです。したがって、以下では主にServoRobot Inc.の新技術を例として取り上げ、レーザービジョンセンサーの最新の開発とアプリケーションを紹介します。主な開発は、デジタル化、反射防止、溶接検出、デュアルセンシング、および多層で具体化されます。溶接。、統合、小型化およびネットワーキング。

1.デジタル化

この記事のデジタル化は、主に画像の取得と処理を指します。初期のレーザーセンサーで使用される画像取得デバイスはアナログCCDであり、画像取得の最高フレームレートは通常60フレーム/秒または30フレーム/秒であるため、画像処理または出力制御アルゴリズムも制限されます。電子情報技術の発展に伴い、レーザーセンサーの画像取得デバイスは徐々により高度なデジタルCMOSデバイスを採用し、画像取得のフレームレートは最大3000フレーム/秒または10000フレーム/秒に達する可能性があります。スピードと高精度センシングが条件を作り出しました。同時に、デジタル技術の使用により、デジタル画像のターゲット領域の切断を簡単に実現し、隣接する溶接固定具の他の機能が溶接認識に干渉することを排除できます。したがって、ワークの表面が明るい場合、接合部が固定具の影響を受ける場合、またはレーザー溶接、溶接形成、欠陥検出などの高速検知要件が必要な場合、デジタルCMOS画像検出デバイスを使用するレーザービジョンセンサーには、パフォーマンスに到達できないアナログCCDセンサーを使用する機能。

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2.反射防止技術

デジタル技術の使用により、画質を大幅に向上させることに加えて、いくつかのより優れたアルゴリズムを画像処理に使用することもできます。これにより、アルミニウム合金、ステンレス鋼、亜鉛メッキシートなどの明るい表面の干渉を十分に排除できます。すみ肉溶接やV字型の溝などの接合部の詳細を正確に追跡しながら、接合部のギャップ、千鳥状のエッジ、溝の断面積などの幾何学的パラメータを正確に測定できます。中程度のレーザーフリンジは、ステンレス鋼のすみ肉溶接の表面を照射します。これは、反射防止技術を使用せずに取得した画像と、反射防止技術を使用して取得した画像です。

大規模航空宇宙アルミニウム部品の適応溶接におけるTX / Sデジタルレーザービジョンセンサーの応用例。レーザービジョンセンサーは、溶接する溝の幾何学的情報を検出し、溶接ガンの高さの自動センタリングと自動調整を実現します。同時に、溶接パラメータは、検出された溝に応じてオンラインで自動的に最適化および調整されます。ギャップと断面積。適応溶接システムの主要コンポーネントを示しています。 TX / Sセンサーと非常に明るいアルミニウム合金のV字型溝でのテスト結果が表示されます。これにより、反射の影響が完全に排除され、ギャップ、ミスアライメント、断面積などのパラメーターが正確に測定されます。

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3.溶接検査

高速かつ高精度のレーザービジョンセンサーを使用して溶接面をスキャンすることで、溶接面の3D画像を取得できます。溶接幅、補強、溶接トー角などの溶接形成の幾何学的パラメーターを取得できます。アンダーカット、溶接バンプ、表面の細孔などの欠陥を検出するために、ARC-SCANおよびLAS-SCANセンサーシステムを使用して、それぞれアーク溶接やレーザー溶接などの溶接またはシーリングシームを検出します。 6σ品質管理の要件。

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