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激光焊缝跟踪中的相机选择
发布时间:2020-10-23

一、激光焊缝跟踪原理

激光焊缝跟踪传感器采用激光三角反射式原理,即激光束被放大形成一条激光线投射到被测物体表面上,反射光透过高质量光学系统,被投射到成像矩阵上,经过计算得到传感器到被测表面的距离(Z轴)和沿着激光线的位置信息(X轴)。移动被测物体或轮廓仪探头,就可以得到一组三维测量值。所获得的信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测并将信息实时传递到机械手单元,完成各种复杂焊接,避免焊接质量偏差,实现无人化焊接。

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二、系统组成

焊缝跟踪传感器主要由CCD相机、半导体激光器、激光保护镜片、防飞溅挡板和风冷装置组成,传感器通常以预先设定的距离(超前)安装在焊枪前部,因此它可以观察焊缝传感器本体到工件的距离,也就是安装高度取决于所安装的传感器型号。当焊枪在焊缝上方正确的定位后才能使得摄像机观察到焊缝。设备通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差,输出偏差数据,由运动执行机构实时纠正偏差,精确引导焊枪自动焊接,从而实现与机器人控制系统实时通讯跟踪焊缝进行焊接,就等于是给机器人装上眼睛。

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三、CCD相机的选择

CCD相机在焊缝跟踪传感器中的主要功能就是读取图像。这里的CCD相机其实是工业相机的俗称,激光焊缝跟踪中使用的工业相机感光芯片不限于CCD,也包括CMOS。工业相机是视觉成像的部件,其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。在激光焊缝跟踪设备中,相机的选择受到比较多的限制,比如体积、亮点数量、信噪比、帧率等。对体积的要求主要是源自激光焊缝跟踪设备本身设计非常紧凑,需要考虑运行的稳定性,以及安装在机械手末端承重和空间的限制,留给相机的安装空间很小,因此一般要求相机的尺寸不大于30mm。亮点或噪点数量的要求是因为相机接收到高强度激光返回的图像后,主要是依靠灰度值变化对焊缝位置进行判断,相机本身的亮点或噪点会增加额外的处理时间,无法满足极致响应的需求。帧率和最小曝光时间的限制主要对应的也是高速实时处理的要求。信噪比则解决的是稳定性的保障,防止因为环境温度的限制引起灰度值跳变,从而导致返回结果的不准确。当然,对于相机工作温度的控制也很关键,因此激光焊缝跟踪仪器都有配套的水冷装置进行温度控制。

四、维视智造工业相机在激光焊缝中的应用

       维视智造的工业相机具有17年的研发和生产销售历史,在生产制造的各个场景都有广泛的应用。在激光焊缝跟踪设备中,维视智造的EM系列相机,作为视觉采集的部件集成到设备上,通过稳定的性能、高效的服务、超高性价比为用户提供价值,得到了业内诸多激光焊缝跟踪设备生产厂家的认可和支持。常用型号包括MV-EM系列40万、130万分辨率CMOS帧曝光相机,关键参数如下:

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