激光视觉技术起始于20世纪80年代，随着该技术的逐渐成熟，已开发出许多附加功能，如基于接头几何形状的自适应控制等。同时该技术应用广泛，尤其在焊管行业，如TIG焊管、直缝埋弧焊管和螺旋焊管等。

基本原理

激光视觉系统普遍应用三角结构光测量法来获得工件表面的三维信息。三角测量法本身是一个古老的技术，在第二次世界大战中曾用来控制轰炸机投弹精度。激光视觉技术采用激光作为结构光源，激光器同摄像机(CCD或者CMOS)成特定的角度，两者置于紧凑的传感器内部。使用时，激光器京柱面镜投射激光条纹到工件/接头的表面，摄像机获取到激光条纹的图像，通过三角测量的矩阵换算以及图像处理和特征进行识别，从而获取到焊接接头的三维信息。该信息随后可以被用于焊接过程的控制。如果用于焊缝跟踪，系统提取出接头相对于焊枪位置的偏差数据，然后调节控制机器人或者焊接专机焊枪的运动。

在焊管行业的应用

采用激光视觉系统对焊缝进行跟踪和过程控制的技术已经在焊管行业得到广泛的应用。在过去的15年间，数百套系统已安装在简单的TIG焊管焊枪导引、螺旋焊管过程控制以及海面厚壁管道的多焊枪多层多道全自动焊接生产中。

1. TIG焊管

图1展示了TIG焊管焊接过程中的焊接机头部分。激光视觉传感器安装在距离焊枪前面很短的距离处，注意观察管材合拢的边缘处形成的间隙，间隙中间位置应是焊枪的理想位置，传感器探测到当前焊枪位置同其基准位置之间的偏差，并控制执行机构(十字滑架)移动焊枪到当前的焊缝位置处，从而保证焊枪始终处于焊缝的中心位置。TIG焊管的焊接速度可以达到5～10m/min。通过激光传感器每秒50次的运算和处理，激光视觉系统可以很容易适应这样高的焊接速度。

图1 TIG焊管激光自动跟踪系统

在TIG焊管中应用激光视觉系统能够提高生产率和焊缝质量。管子成形前形成焊缝之处的间隙经常会相对焊枪产生连续波动。如果不采用焊缝自动跟踪系统，就需要操作者监视焊枪相对于焊缝的位置，如果产生偏差，操作者必须加以调整。采用激光视觉系统，操作者就不需再监视该过程。另一个好处在于激光跟踪系统以50Hz的频率和0.1mm的精度检测并控制焊枪相对于焊缝的位置，提高了焊接质量，降低了废品率，同时也提高了生产率。在国内大连近江不锈钢有限公司已经得到应用，同时在浙江久立的等离子焊管中也得到应用。目前国内的激光焊管中也应用了类似的系统。

2. 直缝和螺旋埋弧焊管

对于大直径的管道，通常采用两种方法生产：直缝焊管以及螺旋焊管。

直缝焊管通过板材卷制成形，在最后成形之前，通过点固焊之后，采用双丝埋弧焊接内缝(ID)和外缝(OD)，产品用作油气管道。

激光焊缝跟踪系统可以用于上述三个过程，即点固焊、内焊和外焊。因为UOE点固通常采用明弧，电流高达