激光位移传感器在激光焊接机干扰下的应用

基于激光位移传感器的焊缝跟踪实验研究甘文龙;刘海生;王中任【摘要】自动焊接技术是一种提厚壁管道焊接生产率和焊接质量的解决方案.采用基恩士线位移传感器,基于激光三角法原理可以精确提取焊接母材的坡口边缘特征及焊缝中心位置.爬行机器人根据测得的坡口深度和宽度的变化,来自动调节焊头的高度和摆幅.对30°的焊接母材坡口进行了实验,可以扫描得到焊接接头的3D轮廓,测得中心基准偏差为0.6～1mm左右,为最终实现焊缝视觉跟踪提供了依据.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P87-89)【关键词】焊接;激光位移传感器;机器视觉;管道【作者】甘文龙;刘海生;王中任【作者单位】湖北文理学院机械与汽车工程学院,湖北襄阳441053;武汉科技大学机械工程学院,湖北武汉430081;湖北文理学院机械与汽车工程学院,湖北襄阳441053;湖北文理学院机械与汽车工程学院,湖北襄阳441053【正文语种】中文【中图分类】TP242焊接是用于连接金属的常用工艺技术，在汽车、船舶和石油化工等工业领域中工广泛使用。

但是目前的自动化水平低下，大部分焊接工作是手动完成的，即使采用了焊接机器人，大多是采用“示教”的工作模式。

这种焊接模式固定单一，缺乏柔性，对于焊材的形状和焊接的位置有严格的要求，且工作形式固定，对环境要求高。

完成全自动焊接的一个重要的影响因素是由于焊接过程中焊接母材的金属热变形导致在焊接过程中焊缝跟踪定位很难提取。

在国内外研究焊缝跟踪定位常用的是边缘特征点定位确定焊缝中心[1-2]及通过焊接熔池中心点偏差来确定焊缝中心[3]。

为了更精确的跟踪定位焊接过程中焊接焊缝，本文基于基恩士的线位移传感器可以准确的获得焊缝中心和线基准的偏差量，研究焊接过程焊缝中心的变化的规律的影响因素。

1.1 线位移传感器定位系统测量原理线位移传感器基恩士基于激光三角法测量原理，如图1所示，激光发射器发出波长为405 nm的蓝色半导体高亮度激光，激光线总长为固定长度40 mm，当激光发射器跟随小车在焊接母材上运动时，在焊接母材上产生遵循焊接表面的轮廓的激光条纹。

多线式激光位移传感器原理多线式激光位移传感器是一种常见的非接触式测量传感器，广泛应用于工业自动化领域。

它通过激光束发射和接收的原理，实现对目标物体距离的精确测量。

本文将从原理、结构和应用三个方面介绍多线式激光位移传感器。

一、原理多线式激光位移传感器主要依靠激光测距原理进行测量。

其工作原理如下：传感器内部激光发射器会发射一束激光束，该激光束经过透镜聚焦后照射到被测物体上。

被测物体表面的一部分激光被反射回传感器，通过接收器接收到反射回来的光信号。

传感器会根据激光光束的发射和接收时间差来计算出被测物体与传感器之间的距离。

二、结构多线式激光位移传感器通常由激光发射器、接收器、透镜和信号处理电路等组成。

激光发射器负责产生激光光束，接收器用于接收反射回来的光信号。

透镜的作用是将激光束聚焦到被测物体上，以提高探测的精度。

信号处理电路则负责处理接收到的光信号，计算出被测物体与传感器的距离。

三、应用多线式激光位移传感器具有高精度、快速响应和非接触式测量等特点，广泛应用于工业自动化领域。

以下是几个常见的应用场景：1. 机械加工：多线式激光位移传感器可以用于测量机械加工过程中工件的位置和尺寸，以实现对加工质量的控制和监测。

2. 焊接和切割：在焊接和切割过程中，多线式激光位移传感器可以用于测量焊缝或切割线的位置和尺寸，以确保焊接或切割的准确性和一致性。

3. 机器人导航：多线式激光位移传感器可以用于机器人导航和定位，帮助机器人识别环境中的障碍物，并规划最优路径。

4. 线速度测量：多线式激光位移传感器可以用于测量物体的线速度，例如在生产线上测量传送带上物体的运动速度。

5. 液位测量：多线式激光位移传感器可以用于测量液体或粉体的液位，例如在储罐或仓库中实时监测物料的容量。

总结：多线式激光位移传感器通过激光测距原理实现对目标物体距离的精确测量。

它具有高精度、快速响应和非接触式测量等特点，广泛应用于工业自动化领域。

在机械加工、焊接和切割、机器人导航、线速度测量以及液位测量等方面发挥着重要的作用。

激光传感器在工业制造中的应用激光技术和激光器是二十世纪六十年代出现的最重大的科学技术之一。

激光技术与应用的迅猛发展，已与多个学科相结合，形成新兴的交叉学科，如光电子学、信息光学、激光光谱学、非线性光学、超快激光学、量子光学、光纤光学、导波光学、激光医学、激光生物学、激光化学等。

这些交叉技术与新的学科的出现，使得激光器的应用范围扩展到几乎国民经济的所有领域。

激光传感器原理激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。

它由激光器、激光检测器和测量电路组成。

激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

激光与普通光不同，需要用激光器产生。

激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1，在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量激发而跃迁到高能级E2。

光子能量E=E2-E1=hv，式中h 为普朗克常数，v 为光子频率。

反之，在频率为v 的光的诱发下，处于能级E2 的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。

激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布),就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生大的受激辐射光，简称激光。

激光具有3 个重要特性。

（1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米。

（2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10 倍以上。

（3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。

两种激光传感器主要原理利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。

激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。

总之，激光传感器的应用领域越来越广泛了，下面介绍两种激光传感器主要原理和应用。

1 、激光位移传感器激光位移传感器能够利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。

用于焊接自动化过程的激光视觉传感器赵菁;林三宝【摘要】自动化焊接包括机器人焊接在内,都要求在整个焊接过程中焊枪始终保持在焊缝的正确位置.要做到这一点单靠工装夹具是很难保证的,必须依靠某种实时的跟踪系统.激光视觉跟踪系统为实时焊缝跟踪提供了现代化的解决方案.在此综述了各种焊缝跟踪技术及其优缺点,重点讨论了各种类型激光视觉传感器的原理和设计,并给出了应用实例.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2010(040)011【总页数】5页(P1-5)【关键词】焊缝跟踪;激光视觉;传感器;自动化【作者】赵菁;林三宝【作者单位】英国Meta视觉系统公司,英国;哈尔滨工业大学,现代焊接生产技术国家重点实验室,黑龙江,哈尔滨,150006【正文语种】中文【中图分类】TG409激光焊接切割及激光焊缝跟踪电弧焊接过程中需要将焊枪中的电极(TIG焊为钨极，GMAW和SAW为焊丝)置于焊接接头上，并按照不同的接头型式，使电极与接头在焊接过程中始终保持准确的相对位置关系，这就是通常说的焊缝跟踪技术。

对于手工焊接而言，焊工通过焊帽观察焊接熔池和电弧，操纵焊枪以获得所要求的位姿，焊工技能水平越高，操作越熟练，位置控制越准确。

而对于自动焊而言，焊枪通常安装在机器人末端或者焊接专机的机头部分，工件一般采用夹具或者变位机安装在焊接平台上，或者通过生产线连续送给到焊接位置，如焊管。

无论哪种自动化焊接系统，工件位置的定位精度和重复精度都是有限的。

另外焊接过程的热变形也会引起焊接接头位置或工件表面形状发生变化。

如在螺旋焊管生产线中，焊管的运动受其生产线精度等条件的限制，焊枪与焊缝之间的相对位置经常发生变化。

在此情况下，需要实时的焊缝跟踪系统来识别焊缝的实际位置，移动并控制焊接机头以保证焊枪精确定位于焊缝上。

在自动化焊接过程中通常有三种控制焊枪位置的跟踪方法：(1)手动跟踪；(2)机械式跟踪；(3)激光跟踪。

其他的方式如电弧传感或者电弧电压传感等，只适用于某些特定的焊接方法。

浅议激光传感器在自动化焊接中的应用摘要：近几年随着自动化技术的飞速发展，像工业视觉相机这类新型设备不断涌现，使自动化焊接设备逐渐获得市场青睐。

想要实现自动化焊接，关键点在于焊缝的定位，目前行业内主要有激光焊缝定位、视觉焊缝定位两大类。

其中激光焊缝定位分为：光束式激光传感器、光幕式激光传感器等，具有成本低、使用环境要求低等特点；视觉焊缝定位分为：单相机定位，多相机定位等，具有精度高，支持复杂场景等特点。

关键词：激光焊缝跟踪；自动化焊接；车厢地板自动焊引言近年来我公司原厂车厢受到市场青睐，传统手工焊接的车厢地板焊点不均匀、虚焊漏焊的情况会影响车厢焊接质量。

通过对车厢地板的工艺流程调研，决定采用光束式激光传感器实现焊缝定位，希望通过自动化焊接设备来提高生产可靠性，让操作员工从繁琐的焊接中解脱出来，提高焊接质量、生产效率。

以下阐述焊接专机的设计制造思路和实施过程。

一、方案背景现有的焊接工艺为手工焊接，操作工先将两块需要拼焊的板件搬运至台架上，然后使用手弧焊焊接焊缝，最后将板材搬运至工位器具。

两块板件拼焊长度2310mm，需要两名操作工进行焊接，焊接时长约3min，人工焊接质量无法保证，新操作工需较长时间学习才能勉强应对，熟练工也会因稍微疏忽而导致虚焊漏焊的现象发生。

焊接示意如图1-1所示。

图1-1 厢式车地板面板焊接示意图二、方案设计2.1方案的目标通过设计制造一台全新的焊接专机，使用自动化焊接设备来取代人工焊接，实现厢式车地板面板焊接自动化，并能安全可靠地运行，提高生产的可靠性和稳定性，维护方便，减少人员劳动强度，提高生产效率。

2.2方案的确定为实现既定目标，需要从机械结构设计、电气原理图设计、电气元件选型方面逐一设计，以下将详细阐述设计方案。

2.2.1机械结构设计经过现场调研，确定了40S/台的生产节拍要求、焊接5mm以下板材的生产工艺要求。

在查阅资料后，发现焊接2mm板材时，板件会弯曲变形5°，针对这种情况，在机械结构设计时选取12件亚德客ACQ80X45-S气缸均布按压在板件周围，单个气缸工作在0.6Mpa工况时可以提供3015.9N力，能够抑制板件弯曲变形。

传感器在焊接机器人中的应用一、传感器在焊接机器人中的重要性焊接机器人是现代制造业中不可或缺的一部分，它们可以提高生产效率，降低人工成本，并确保焊接质量。

而在这个过程中，传感器起到了至关重要的作用。

传感器能够让焊接机器人感知周围环境，从而进行精确的操作。

通过使用传感器，焊接机器人可以更好地适应不同的工作环境和焊接需求，提升焊接质量，实现高效焊接，增强机器人的适应性。

二、不同类型的传感器及其应用1.视觉传感器视觉传感器在焊接机器人中具有广泛的应用。

它们可以识别和跟踪焊缝，以确保焊接位置的准确性。

视觉传感器还可以检测焊缝的质量，如是否有气孔、焊瘤等。

通过将视觉传感器与焊接机器人结合使用，可以提高焊接精度和效率。

2.距离传感器距离传感器可以检测物体与机器人之间的距离，帮助焊接机器人感知周围环境。

在焊接过程中，距离传感器可以帮助机器人避免碰撞，提高安全性。

同时，通过检测工件的距离，距离传感器还可以帮助机器人进行精确的操作，提高焊接质量。

3.温度传感器温度传感器在焊接过程中非常重要。

它们可以帮助焊接机器人感知焊接点的温度，从而进行精确的焊接操作。

温度传感器还可以检测焊接点的温度变化，防止过热或过冷，保证焊接质量。

三、焊接机器人的工作原理焊接机器人通常由机械系统、控制系统和感应系统等组成。

它们的工作流程包括以下几个步骤：首先，感应系统检测工件的位置和形状；其次，控制系统根据感应系统的信息生成运动轨迹；最后，机械系统按照控制系统的轨迹进行操作。

在这个过程中，传感器起到了关键作用，它们可以帮助机器人感知周围环境，提高机器人的适应性和安全性。

四、传感器的类型和原理1.视觉传感器原理：视觉传感器通过使用光学原理来获取图像信息。

在焊接机器人中，视觉传感器通常包括摄像头、图像处理器和图像分析器等部分。

摄像头捕捉工件的图像信息，图像处理器对图像进行处理和优化，最后由图像分析器识别和跟踪焊缝。

视觉传感器的优点包括高精度、高速度和高可靠性。

激光传感器在激光焊接方面应用及其接技术激光焊接技术是一种高新技术，由于其独有的特点，特别适合在传感器密封焊中使用，目前国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器，而国内采用此工艺的厂家不多，我国的传感器生产厂家应尽快采用国产激光焊接机来生产加工传感器，以增加产品竞争力，开拓国际市场。

一、传感器根据国家标准GB7665-87，传感器定义为：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。

传感器作为检测工具，要求检测研究激光焊接技术是一种高新技术，由于其独有的特点，特别适合在传感器密封焊中使用，目前国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器，而国内采用此工艺的厂家不多，我国的传感器生产厂家应尽快采用国产激光焊接机来生产加工传感器，以增加产品竞争力，开拓国际市场。

一、传感器根据国家标准GB7665-87，传感器定义为：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。

传感器作为检测工具，要求检测研究对象的物理或化学的信息，其工作过程要求稳定、可靠、精度高，所以对传感器有以下几个要求：（1）适应恶劣环境能力强传感器一般工作环境十分广，从极寒至酷热地区，许多在露天环境下工作，能抗飞沙走石、灰尘，还应耐潮湿，较高的抗盐类腐蚀、酸性腐蚀的能力，有抗污染气体干扰的能力，能适应在高温、极寒、强烈振动、冲击以及在其他条件下正常工作的能力，还应抗噪声能力强，信噪比高。

（2）价格适中，适于大批量生产要求传感器一致性好，适宜自动化批量生产，对加工设备有较高要求，以便排除人工操作带来的不一致性和失误。

（3）稳定性和可靠性高传感器是一种高精度检测仪器，在军事、航空、航天中应用都有严格要求，产品都须经过严格测试才能应用。

所以传感器生产是一种高新技术的具体运用和体现。

一种传感器是否有较高的技术附加值体现在所包含的技术含量和加工工艺的技术是否高新。

有部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装，一般采用焊接密封，如压力传感器、力传感器、霍尔传感器、光电传感器、温度传感器等，这类传感器内部有敏感元件和集成电路，充惰性气体或抽真空与外界隔绝，有耐压、气密性要求，另有焊接强度要求和漏气率要求，对焊接质量要求高，而且焊接过程中要求变形小，不能对内部元件和微电路有损坏。

2024年激光位移传感器市场发展现状引言激光位移传感器是一种能够测量物体位置变化的装置。

这种传感器利用激光束照射物体，并通过测量激光束反射回传感器的时间来确定物体的位移。

随着技术的进步，激光位移传感器在工业自动化、机器人控制和测量设备中得到了广泛应用。

本文将对激光位移传感器市场的发展现状进行分析和总结。

市场概述激光位移传感器市场在过去几年中呈现出快速增长的趋势。

主要驱动因素包括工业自动化的迅速发展、制造业的高精度要求以及机器人应用的增加。

这些因素都促使了激光位移传感器市场的扩大和创新。

技术发展1.测量范围的扩大近年来，激光位移传感器的测量范围不断扩大。

传统的激光位移传感器一般只能测量几百毫米的位移，而现在的产品已经能够测量数米甚至数十米的位移。

这使得激光位移传感器在一些大尺寸设备的测量应用中更具优势。

2.测量精度的提高随着技术的进步，激光位移传感器的测量精度不断提高。

目前已经有产品能够达到亚微米甚至亚纳米级别的精度。

这一技术的提升使得激光位移传感器在高精度测量领域有了更为广泛的应用。

3.智能化与数字化激光位移传感器的智能化和数字化也是近年来的重要发展方向。

传感器不仅能提供位移数据，还能通过数字接口与其他设备进行数据交互和控制。

这种智能化功能为传感器的集成和使用带来了更大的便利性。

主要应用领域1.工业自动化激光位移传感器在工业自动化领域中得到广泛应用。

例如，在精密加工设备中，激光位移传感器可以用来检测加工过程中的位置变化，以实现高精度的加工控制。

2.机器人控制机器人的运动控制需要准确的位移检测。

激光位移传感器能够提供高精度的位移测量数据，为机器人的路径规划和运动控制提供支持。

3.测量设备激光位移传感器在各种测量设备中都能发挥重要作用。

例如，在三维扫描仪中，激光位移传感器可以用来测量物体表面的形状和纹理信息。

市场竞争格局激光位移传感器市场目前呈现出竞争激烈的局面。

主要的竞争者包括德国的Micro-Epsilon、美国的Keyence和瑞士的Sick等公司。

激光视觉传感技术在焊接中的应用单地说，焊接的操作过程就是控制能量或热源作用在两块或多块材料上，使之形成一个完整的接头。

例如，对电弧焊来说，其操作过程是由人、机器人或专用机器把持焊枪，以一定的速度沿着焊缝运动，同时以一定的工艺参数施加能量。

除了正确的工艺参数外，焊枪是否准确地跟踪焊缝是保证焊接质量的重要环节。

手工或半自动焊接是依靠操作者肉眼的观察和手工的调节来实现对焊缝的跟踪。

对于机器人或自动焊接专机等全自动化的焊接应用，主要靠单地说，焊接的操作过程就是控制能量或热源作用在两块或多块材料上，使之形成一个完整的接头。

例如，对电弧焊来说，其操作过程是由人、机器人或专用机器把持焊枪，以一定的速度沿着焊缝运动，同时以一定的工艺参数施加能量。

除了正确的工艺参数外，焊枪是否准确地跟踪焊缝是保证焊接质量的重要环节。

手工或半自动焊接是依靠操作者肉眼的观察和手工的调节来实现对焊缝的跟踪。

对于机器人或自动焊接专机等全自动化的焊接应用，主要靠机器的编程和记忆能力、工件及其装配的精度和一致性来保证焊枪能在工艺许可的精度范围内对准焊缝。

通常，机器的重复定位精度、编程和记忆能力等已能满足焊接的要求。

然而，在很多情况下，工件及其装配的精度和一致性不易满足大型工件或大批量自动焊接生产的要求，其中还存在因过热而导致的应力和变形的影响。

因此，一旦遇到这些情况，就需要有自动跟踪装置，用来执行类似于手工焊中人眼与手的协调跟踪与调节的功能。

在诸多焊接过程信息传感方法中，视觉方法是当前公认的信息量最大、效果最好的传感方法。

早在20 世纪80 年代初，国内外的很多研究人员就已开始研究视觉传感方法，包括以电弧光为光源的被动视觉传感和采用激光辅助照明的主动视觉传感。

被动视觉方法中，电弧本身就是监测位置，没有因热变形等因素所引起的超前检测误差，能够直接获取焊缝接头和熔池的信息，有利于焊接质量的自适应控制。

然而，直接观测易受到电弧的严重干扰，至今还没有成熟的工业应用的报道。