焊接是工業(yè)制造中偉大的發(fā)明，是生產(chǎn)制造不可獲取的技術(shù)。焊接的過程就是控制熱量或者熱源作用到兩塊以上的材料上面，讓這些材料形成一個(gè)完整的接頭。比如，針對(duì)電弧焊來講，焊接作業(yè)就是人、機(jī)器人或者專用把持焊槍，按照一定速度沿著焊縫運(yùn)動(dòng)，同時(shí)按照一定的工藝參數(shù)施加熱源能量。除了正確的工藝參數(shù)，焊槍能否精準(zhǔn)的跟蹤焊縫是保證焊接質(zhì)量的重要手段。
在諸多焊接過程信息傳感方法中，視覺方法是當(dāng)前公認(rèn)的信息量最大、效果最好的傳感方法。早在20世紀(jì)80年代初，國(guó)內(nèi)外的很多研究人員就已開始研究視覺傳感方法，包括以電弧光為光源的被動(dòng)視覺傳感和采用激光輔助照明的主動(dòng)視覺傳感。被動(dòng)視覺方法中，電弧本身就是監(jiān)測(cè)位置，沒有因熱變形等因素所引起的超前檢測(cè)誤差，能夠直接獲取焊縫接頭和熔池的信息，有利于焊接質(zhì)量的自適應(yīng)控制。然而，直接觀測(cè)易受到電弧的嚴(yán)重干擾，至今還沒有成熟的工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。因而，主動(dòng)光視覺特別是基于激光三角測(cè)量原理的結(jié)構(gòu)光或掃描方法已成為目前焊接工業(yè)應(yīng)用中主要的視覺傳感方法。激光視覺傳感的最大特點(diǎn)是能夠獲取焊縫截面的精確幾何形狀和空間位置的信息，適合實(shí)時(shí)焊縫跟蹤和自適應(yīng)工藝參數(shù)控制。
激光視覺傳感的基本原理就是光學(xué)的三角測(cè)量原理。激光束照射到目標(biāo)物體的表面，形成一個(gè)光斑點(diǎn)，經(jīng)過攝像頭上的透鏡在光敏探測(cè)器上產(chǎn)生一個(gè)像點(diǎn)。由于激光器與攝像頭的相對(duì)位置是固定的，當(dāng)激光傳感器與目標(biāo)物體的距離發(fā)生變化時(shí)，光敏探測(cè)器上的像點(diǎn)位置也相應(yīng)發(fā)生變化，所以根據(jù)物像的三角形關(guān)系可以計(jì)算出高度的變化，即測(cè)量了高度變化。當(dāng)激光束以一定的形狀掃描(掃描方式)或通過光學(xué)器件變換以光面的形式在目標(biāo)物體的表面投射出線形或其他幾何形狀的條紋(結(jié)構(gòu)光方式)，在面陣的光敏探測(cè)器上就可以得到表征目標(biāo)截面的激光條紋圖像，而當(dāng)激光傳感器沿著物體表面掃描前進(jìn)時(shí)，就能得到所掃描表面形狀的輪廓信息。所獲得的信息可用于焊縫搜索定位、焊縫跟蹤、自適應(yīng)焊接參數(shù)控制、焊縫成形檢測(cè)等。
目前，已在焊接中應(yīng)用的激光視覺傳感器主要有掃描和結(jié)構(gòu)光兩種形式。掃描方式主要有線形掃描和圓形掃描，其中圓形掃描的圖像處理方式要復(fù)雜一些。相對(duì)而言，對(duì)于反光的處理，掃描方式比結(jié)構(gòu)光方式要容易。此外，掃描方式傳感器的視場(chǎng)深度大，但受到掃描激光斑點(diǎn)的影響，掃描激光傳感器的精度，尤其是橫向分辨率相對(duì)較低。同時(shí)，受機(jī)械掃描的影響，掃描速度不高。掃描式激光傳感器大多只用于大厚度工件的焊縫跟蹤和自適應(yīng)控制。在高精度和高速度跟蹤或檢測(cè)中應(yīng)用的激光視覺傳感器大多為結(jié)構(gòu)光方式的傳感器。
