3D激光视觉传感器的基本原理

焊接是工业制造业的伟大发明，也是制造业无法获得的技术。焊接过程是将热量或热源控制在两种以上的材料上，使这些材料形成一个完整的接头。例如，对于电弧焊，焊接操作是人、机器人或特殊控制焊枪，以一定的速度沿焊缝移动，并根据一定的工艺参数施加热源能量。除了正确的工艺参数外，焊枪也是保证焊接质量的重要手段。

在许多焊接过程中的信息传感方法BSS123中，视觉方法被认为是信息量最大、效果最好的传感方法。早在20世纪80年代初，国内外许多研究人员就开始研究视觉传感方法，包括电弧作为光源的被动视觉传感和激光辅助照明的主动视觉传感。在被动视觉方法中，电弧本身是监测位置，无热变形等因素引起的先进检测误差，可直接获取焊接接头和熔池的信息，有利于焊接质量的自适应控制。

然而，直接观察容易受到电弧的严重干扰，目前还没有成熟的工业应用报告。因此，主动光视觉，特别是基于激光三角测量原理的结构光或扫描方法，已成为焊接工业应用中的主要视觉传感方法。激光视觉传感器的最大特点是能够获得焊缝截面的准确几何形状和空间位置信息，适合实时焊缝跟踪和自适应工艺参数控制。

激光视觉传感器的基本原理是光学的三角测量原理。激光束照射到目标物体的表面，形成一个光斑点，并通过相机上的镜头在光敏探测器上产生一个像点。由于激光与相机的相对位置是固定的，当激光传感器与目标物体之间的距离发生变化时，光敏探测器上的像点位置也相应地发生变化，因此高度变化可以根据图像的三角关系计算，即测量高度变化。当激光束以一定形状扫描（扫描方式）或通过光学器件转换到目标物体表面投射线形或其他几何形状的条纹（结构光模式）时，可以在阵列光敏探测器上获得激光条纹图像，表示目标截面，当激光传感器沿物体表面扫描时，可以获得扫描表面形状的轮廓信息。获得的信息可用于焊缝搜索定位、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测等。

目前，焊接中使用的激光视觉传感器主要有两种形式：扫描和结构光。扫描方法主要是有线扫描和圆形扫描，其中圆形扫描的图像处理更为复杂。相对而言，扫描比结构光更容易处理反射。此外，扫描传感器的视场深度较大，但受扫描激光斑点的影响，扫描激光传感器的精度，特别是横向分辨率相对较低。同时，由于机械扫描的影响，扫描速度并不高。扫描激光传感器主要用于大厚度工件的焊缝跟踪和自适应控制。高精度、高速跟踪或检测中使用的激光视觉传感器大多是结构光传感器。