焊縫跟蹤主要采用的是激光傳感器來(lái)進(jìn)行焊縫跟蹤檢測(cè)，目前的檢測(cè)方式主要用四種，每種方式都有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，下面我們就來(lái)分別給大家介紹一下不同焊縫跟蹤激光傳感器的工作原理。

激光傳感器在焊縫跟蹤中的核心作用

激光傳感器通過(guò)非接觸式測(cè)量技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉焊縫形貌數(shù)據(jù)，為焊接機(jī)器人提供動(dòng)態(tài)糾偏依據(jù)，其核心優(yōu)勢(shì)包括：

• 高精度（微米級(jí)分辨率）

• 抗干擾性（適應(yīng)焊接強(qiáng)光、煙塵環(huán)境）

• 實(shí)時(shí)性（毫秒級(jí)響應(yīng)速度）

• 適應(yīng)性（兼容復(fù)雜焊縫類型與材質(zhì)）

四類激光傳感器的工作原理及技術(shù)細(xì)節(jié)

1. 激光位移傳感器（單點(diǎn)測(cè)量）

• 技術(shù)原理：
  基于激光三角反射法，激光器發(fā)射一束點(diǎn)狀激光至被測(cè)物表面，反射光通過(guò)透鏡在CCD/CMOS芯片上形成光斑。通過(guò)光斑在芯片上的位置偏移（Δx），結(jié)合幾何三角關(guān)系計(jì)算距離變化（ΔZ），公式為：

  $$\mathrm{\Delta }Z=\frac{\mathrm{\Delta }x?L}{f}$$ΔZ=fΔx?L

  其中，$L$L為激光器與芯片基線距離，$f$f為透鏡焦距。

• 特點(diǎn)：

• 精度：±0.01mm（典型值），適用于微小位移檢測(cè)。

• 速度：采樣率可達(dá)10kHz，滿足高速焊接需求。

• 抗干擾：采用窄帶濾光片抑制弧光干擾。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：
  焊縫高度跟蹤（如角焊縫余高控制）、工件裝配間隙檢測(cè)。

2. 激光測(cè)距傳感器（相位式測(cè)距）

• 技術(shù)原理：
  對(duì)激光束進(jìn)行高頻調(diào)制（通常為數(shù)十MHz至GHz），通過(guò)測(cè)量調(diào)制光波在往返被測(cè)表面時(shí)的相位差（Δφ），結(jié)合光速（c）和調(diào)制頻率（f）計(jì)算距離（D）：

  $$D=\frac{c?\mathrm{\Delta }?}{4\pi f}$$D=4πfc?Δ?

  該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離（百米級(jí)）高精度測(cè)量。

• 特點(diǎn)：

• 量程大：覆蓋0.1m~200m，適用于大型結(jié)構(gòu)件（如船舶、橋梁）的焊縫定位。

• 環(huán)境適應(yīng)性：抗煙霧、粉塵干擾，適合戶外焊接場(chǎng)景。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：
  長(zhǎng)直焊縫的全局定位、多機(jī)器人協(xié)同焊接的基準(zhǔn)校準(zhǔn)。

3. 二維激光測(cè)量傳感器（輪廓掃描）

• 技術(shù)原理：
  發(fā)射線激光形成光平面，照射到工件表面后形成變形光帶，通過(guò)CMOS相機(jī)捕獲光帶圖像，利用三角法逐點(diǎn)解算X-Z二維輪廓坐標(biāo)，生成焊縫截面形狀的連續(xù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

• 特點(diǎn)：

• 多維度數(shù)據(jù)：同時(shí)獲取焊縫寬度、深度、坡口角度等參數(shù)。

• 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償：結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)時(shí)重建三維焊縫路徑。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：
  復(fù)雜坡口焊縫（如V型、U型）跟蹤、多層多道焊的路徑規(guī)劃。

4. 激光位敏傳感器（PSD芯片）

• 技術(shù)原理：
  采用位置敏感探測(cè)器（PSD），通過(guò)光斑在PSD芯片表面的能量中心坐標(biāo)（X,Y）計(jì)算位置偏移，其輸出電流與光斑位置成線性關(guān)系，無(wú)需分割像素，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)連續(xù)測(cè)量。

• 特點(diǎn)：

• 超高精度：一維分辨率達(dá)0.2μm，適用于微焊縫跟蹤（如電子器件焊接）。

• 響應(yīng)速度：納秒級(jí)延遲，適合高速精密加工。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：
  微小工件（如電池極耳）的精密焊接、半導(dǎo)體封裝焊點(diǎn)檢測(cè)。

技術(shù)對(duì)比與選型建議

在焊縫跟蹤系統(tǒng)中的集成應(yīng)用

1. 多傳感器融合：

• 二維激光傳感器掃描焊縫輪廓，結(jié)合位移傳感器實(shí)時(shí)補(bǔ)償焊槍高度，提升復(fù)雜軌跡跟蹤精度。

• 激光測(cè)距傳感器與視覺(jué)傳感器互補(bǔ)，解決強(qiáng)反光金屬表面的測(cè)量盲區(qū)。

2. 動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整：

• 根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的焊縫間隙，自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接電流、送絲速度，避免焊穿或未熔合。

3. 質(zhì)量閉環(huán)控制：

• 將傳感器數(shù)據(jù)與焊接過(guò)程參數(shù)（如熔池圖像）融合，利用AI算法預(yù)測(cè)焊縫缺陷（氣孔、咬邊）。

通過(guò)以上激光傳感技術(shù)的協(xié)同工作，現(xiàn)代焊縫跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從宏觀定位到微觀成形的全流程精準(zhǔn)控制，成為智能制造中不可或缺的核心單元。