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航空航天领域的焊接视觉传感及自动跟踪技术
日期:2019-12-13  浏览量:160  来源:

在焊接过程中采用视觉传感及自动跟踪技术,具有信息量大、灵敏度和精度高、抗电磁干扰能力强、与工件无接触等优点,通过先进合理的图像处理,可在焊缝跟踪、质量控制、焊后无损检测等方面发挥重要作用,在航空航天制造等众多行业领域中有着广阔的应用前景。

在航空航天制造领域,飞行器承力构件、发动机构件、燃料贮箱、机载设备等的制造都离不开焊接。对产品制造精度的高标准要求、待焊工件的安装误差、出于某些力学考虑对被焊工件进行软态约束从而导致焊接过程中产生的变形,这些因素都使得有必要对焊缝进行自动跟踪。与其他应用场合相比,航空航天制造中的焊接在以下几个方面具有特殊性:

1)焊接路径的复杂性

由于航空航天结构的特殊性,焊接轨迹常为复杂的空间曲线,如运载火箭燃料贮箱结构,此时采用有效的焊缝跟踪和焊炬姿态调节是焊接过程稳定性和焊接质量可靠性的保证。

为提高结构性能或实现特殊功能,在航空航天制造中常需要使用焊接手段将小型元部件组合连接成特定的大型复杂结构,如运载火箭尾喷管结构,这同样需实现对复杂空间路径的自动跟踪,同时进行焊枪姿态的相应调整。

航空航天制造过程中的多位姿焊接对视觉传感及信息处理的准确性和实时性也提出了很高要求。

2)被焊工件材料的光学特性

航空航天制造所涉及的被焊工件,既有合金结构钢和不锈钢,也有高温合金、铝合金、钛合金,甚至复合材料等。这些材料所表现出的光学特性,如反射强度、纹理质地、颜色特征等等,都对视觉传感技术,提出了高要求。

比如,部分材料对电弧等外部光源有强烈的反射,就必须在视觉传感的光路设计中采取措施降低其负面影响;部分材料在焊接中因氧化等原因会具有新的颜色特征,需要对焊缝无损检测轨迹视觉自动引导;还有,不同的材料在焊接过程中的熔化现象也各不相同,熔池和邻域信息以及焊缝成形的光学特征,都对视觉传感提出了高要求。

3)焊接工艺方法的特点

航空航天制造涉及了多种电弧焊、电阻焊、激光焊、电子束焊等。不同的工艺方法在工件材料、坡口形式、焊缝特征、光学环境和视觉信息等方面有不同特点,在焊缝跟踪精度和速度方面也有不同要求。

例如,激光焊热源集中、坡口间隙小,对视觉识别精度要求较高,焊接速度快,对焊缝跟踪实时性要求较高。各种材料的明弧焊及其他熔化焊,弧光和熔池的光强及光谱特征也各不相同,这些都对视觉传感技术提出了挑战。

综上所述,航空航天制造领域的焊接在材料、结构、焊接工艺方法等方面都有其特征,对焊缝自动识别与跟踪的准确性、实时性和适应性也有专门要求。基于视觉传感的焊缝自动跟踪技术已经得到实际应用。

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