Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta

Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin perusedellytyksenä on hitsauspään liikuttaminen oikealla nopeudella ja riittävällä tarkkuudella hitsattavaa railoa pitkin. Robotit pystyvät seuraamaan nimellistä opetettua liikerataa lähes sadasosamillimetrin tarkkuudella. Tälläista tarkkuutta ei ole yleensä taloudellisesti järkevää vaatia hitsattavilta kappaleilta eikä myöskään hitsauksen apulaitteilta. Pienillä kappaleilla voidaan sopivilla kiinnittimillä ja ohjaimilla kohdistaa hitsausrailo riittävällä tarkkuudella oikealle kohdalleen. Suurilla kappaleilla sen sijaan on riittävän jäykkien kiinnittimien käyttö lähes mahdotonta. Hitsauksen lämpötilamuutokset aiheuttavat kappaleissa lisäksi vetelyitä ja hitsausrailojen siirtymiä. Railojen kohdistaminen tarkasti robotille opetetuille kohdille on suurissa kappaleissa muutenkin lähes mahdotonta. Robotilla on oltava aisteja ja älykkyyttä, jotta se löytäisi hitsauksen aloituskohdan, seuraisi hitsattavaa railoa hitsauksen aikana sekä antaisi hitsausprosessille säätötietoa railotilavuudessa hetkellisesti tapahtuvista muutoksista. Optiset ja visuaaliset menetelmät on havaittu tähän tarkoitukseen lupaavimmiksi. VTT: ssa on suunniteltu optinen railonseurantajärjestelmä, joka soveltuu käytettäväksi hitsausrobotin yhteydessä ja suoriutuu em. tehtävistä. Suunnitellussa järjestelmässä havannointioptiikka on kiinnitetty hitsauspäähän ja sen mukana llikkuvaan koordinaatistoon, jossa seurannan ohjauskäskyjen antaminen robotille on yksinkertaista. Toimiessaan mahdollisimman lähellä valokaarta anturin täytyy olla pieni ja kevyt, ja siksi valo siirretään valokaapelilla valolähteestä anturiin ja kuva kuvakaapelilla anturista kameraan. Valolähteenä käytetään valokaaren suodatoksen vuoksi laseria. Lasersäteestä muodostetaan sylinterilinssin avulla taso, joka heijastetaan poikki hitsattavan railon, jolloin kuvakenttään moodostuu railon muodon ilmaiseva murtoviiva. Kuva analysoidaan reaaliaikaisesti VTT:ssä kehitetyssä kuvankäsittelyjärjestelmässä. Tuloksena saadaan paikka- ja geometriatietoa, jonka avulla voidaan ohjata hitsauspään paikkaa ja korkeutta sekä hitsausprosessin parametrejä. Hitsauspään korkeus railosta voidaan määrittää, koska valotaso heijastetaan vinosti railoon. Mittausmenetelmän periaatetta on kokeiltu ja siten varmistettu, ettei laservalaisun ja kaistanpäästösuodattimen avulla saadaan railosta hitsauksen aikana riitävän häiriötön kuva