俄亥俄州新不来梅Crown Equipment Corp.的认证焊接检验员（CWI）Walt Bylsma对质量了解一两点。Crown拥有75年的工业动力叉车制造商，已以其产品的质量和使用寿命而闻名。该公司一直在寻找最新技术，以使其能够继续提高为客户提供的价值的门槛。Bylsma曾担任焊接工20年，然后又使用破坏性和非破坏性方法担任焊接检验员20年，他知道创建坚固的结构基础是生产坚固耐用的叉车的关键。在多年来使用手动焊接规对数以万计的焊缝进行检查之后，他认为Crown用于焊缝视觉检查的新技术是向公司的客户提供最优质产品的又一个重要步骤。
图1：传统量规。
“在检查焊缝激光扫描前的过程中，我一直希望并坚信，有一天，目视焊缝检测技术将“赶上”在焊接方面取得的并不断取得的重大进步。整个行业”，Bylsma说。“当时，我不知道会是什么样，但是我相信激光扫描是这些进步之一。”焊接检查一直是焊接质量管理过程的关键部分，但是使用传统的手动量规可能是主观且耗时的。手动仪表也不能连接到数字世界（图1）。激光扫描技术现已以便携式形式提供用于焊接检查，可以快速，一致且准确地检查焊接（图2）。
图2：Servo-Robot Corp.的WiKi-SCAN™焊接检查系统。
借助这种最先进的技术，激光检测设备可以进行远程协作，实时数据诊断以及测量几乎无法使用量规测量的特征（例如，趾折角，过度焊接和理论上的喉咙，等等。其他优点包括非接触（支持检查员安全）并获得更可重复和可再现的结果。激光视觉检测还可以帮助实现Sigma Six焊接质量，该质量被定义为缺陷率低于可接受的行业水平（百万分之三）。此外，数字化可实现更轻松，无缝的共享，从而满足物联网（IoT）和工业4.0标准的需求。典型的焊接质量控制主要依赖于焊后检查，但是激光视觉监控的多功能性允许在焊接之前，期间和之后对焊接过程进行监控。可以将焊接前的接头信息与过程中的焊接相关联，以减少后期生产和耗时的检查要求。这些增加的信息提供了有用的数据，以帮助改善焊接和上游材料制备过程。激光视觉系统也可以实现自动化，以进一步扩展过程中监视的功能。使用手动焊规的标准外观焊缝检查取决于检查员的视敏度及其正确使用合格/不合格规的能力。但是，这种方法存在固有的挑战。使用激光扫描可以很好地解决以下问题。手工焊接检查仅提供测量值的估计值。如果分配了数字然后手动将其输入到电子表格中，这将限制在数字世界中的实用性。而且，焊接轮廓特征（例如凸度，加强度和理论喉部）甚至具有更大的主观性。问题与焊接检查员之间的固有差异形成复合：视觉敏锐度，态度，知识和技能。这些元素对这种变化产生不利影响，将其结合在一起时，导致重复性和再现性较低。所有这些变量导致高度的主观性，并且激光扫描可以解决所有这些问题。倾斜的T型接头是焊接接头配置的一个很好的例子，这种焊接接头在许多行业中越来越普遍。但是，使用可用的手动仪表很难测量（图3）。所涉及的挑战和耗时的活动包括测量实际角度，然后通过使用手动滑尺（例如偏斜t角焊缝计算器）来计算所需的焊脚长度和理论喉咙值。
图3：倾斜角焊缝，其中测量了钝角。
只有这样，偏斜角焊缝量规才能用于测量焊缝的锐角或钝角。这需要几分钟，而由于采用了内置的算法，激光扫描仪仅需几秒钟即可完成。传统的目视检查通常是通过查看整个焊接长度，然后在特定的增量位置进行测量来完成的。这很耗时，并且在未执行测量的情况下遗漏了可能出现缺陷的可能性。激光扫描可在所有尺寸和缺陷的焊缝长度的100％内完成焊接，并报告任何超出公差条件的位置和长度。尽管大多数传统的手动焊规很小，但在某些情况下可访问性还是一个问题（图4）。为了正确使用，量规必须放在基础材料上和焊缝上方，并从各个角度清晰可见，以正确解释结果。有时，由于接头设计或位置问题，或两者兼而有之，并非总是能够使用传统的焊接规。对于激光扫描，唯一的要求是在4英寸深度的视野内“视线”。
图4：手动仪表的使用挑战。
出于安全考虑，通常需要在零件冷却至接触后再使用传统的焊接规进行检查，以免造成灼伤。由于激光扫描是非接触式的，并且距离零件几英寸，因此可以在终止焊接后几秒钟内开始检查。在需要执行对时间敏感的检查的情况下，这是有益的（图5）。另外，将可能有浮渣或毛刺的材料刮擦或割伤的可能性降至最低。
图5：焊接完成后即可立即进行检查。
焊缝轮廓的某些特征很难使用传统方法进行测量或量化，包括焊趾凹角，底切以及焊缝高宽比。所有这些对决定焊接结构的疲劳寿命至关重要。让我们更详细地看看每个。1.凹角形成在焊趾和相邻基础材料之间的角焊缝或坡口焊缝上。该角度通常定义了焊缝和基材之间可接受的过渡点和定义为重叠的关键缺陷（非标准术语是冷轧）之间的差异。小于90度的值表示重叠。相反，大于或等于90度的值表示过渡更平稳，减少了缺口效应并延长了疲劳寿命。一些公司指定大于150度的值以达到产品要求，如矿用铲子和风塔的疲劳寿命。传统的量规，例如量角器，很难通过视觉确定焊趾或底板的面积，因此很难达到任何精度。激光扫描仪会自动精确地进行测量。现在，《机械和设备焊接接头设计规范》规定了对焊道（焊缝至焊缝）之间除焊趾以外的凹角的要求。可以使用激光扫描仪数字卡尺手动执行此测量。2.已经使用了多种方法来检查咬边，从使用指甲到V-WAC，Bridge Cam和其他各种深度计。这些方法中的任何一种都缺乏必要的准确性和可重复性，尤其是当某些代码（例如AWS D14.4）的规范要求值达到0.010 in。此外，许多人不经意地测量了诸如焊缝边缘扇贝或底切粗糙度等特征。，但实际上并非如此。激光扫描正确地将底切测量为在焊趾外部的一个缺口，该缺口下降到母材中。3.考虑到疲劳寿命，许多法规（包括AWS D1.1，钢结构焊接法规）要求高宽比小于10％。手动执行此操作需要多次测量和测量，然后进行计算。激光扫描可以立即准确地执行此操作。每条检查记录都包括有关尺寸，几何形状和缺陷的所有数字结果，并在Excel电子表格中显示了图片和其他注释（图6）。此信息存储在扫描仪数据库中，可以使用Wi-Fi或闪存驱动器下载。然后可以自定义和分析此信息，以确定问题区域和趋势，并在公司内部或向客户或供应商内部报告。拥有所有焊接特征的实际测量值，而不只是合格/不合格的结果，可以进一步支持持续改进过程计划。趋势可以很容易地检测到并且可以采取纠正措施。例如，可以将特定的焊缝，焊工，机器人，班次和过程识别为潜在问题，需要进行过程或其他更改以确保符合标准。
图6：WiKi-SCAN报告电子表格，显示记录的检查。
例如，假设人们始终认为T角焊缝的焊脚长度过于不均。这可能表明机器人没有将导线正确地对准关节，这表明缺乏适当的根部穿透和侧壁融合的可能性更高。可进行持续改进的激光扫描活动包括：激光扫描仪的操作可以通过Wi-Fi连接进行远程监控。例如，可以在狭窄的空间内使用扫描仪，并且可以手动或自动操作扫描仪，并在外部监视器上查看结果。另一个示例是，检查员可以在质量控制检查员在家庭办公室中时现场检查管道焊缝，并实时查看检查结果。从报告中获得的客观结果也可以用作补充工具，用于培训新的检查员，焊工或各种其他焊接车间人员，以进行一般教育。船上显示焊缝截面轮廓的图形是一种无价的视觉工具，可用于说明和阐明焊缝的理论喉咙。例如，对于培训，可以将分数分配给所生产的每条焊缝，然后对可能需要改进的信号区域或技术或两者进行评估。总体结果可提供清晰，清晰的焊缝表面，横截面轮廓和所有测量数据的图像，可以轻松评估作为焊接参数和技术的函数的焊缝质量，以进行实用的培训。在我们快节奏的世界中，对质量的要求与时俱进，同时强调并保持安全至关重要。无论行业如何，几乎任何产品中的焊接质量都必须达到或超过工程规格。一个有效且具有成本效益的焊接质量计划也应包括数据收集的准确性和速度。对焊缝进行激光扫描可以帮助解决所有这些问题，同时建立可操作数据的数据库，从而可以通过持续改进进一步明确建立明确的性能基准。威斯康星州沃瓦托萨伺服机器人公司总裁杰夫·诺鲁克（Jeff Noruk）认为，激光扫描是迄今为止视觉焊缝检测领域最重要，最重要的进步之一。当像Crown这样的其他公司采用新技术不仅可以提高生产流程，还可以改善向客户交付的产品时，Noruk会感到非常兴奋。只要我们对机遇保持开放，这样的成功将继续鼓励推动行业前进的变革。正如一位匿名作家曾经指出的那样：“在技术方面，您要做的最后一件事就是抵制变化，因为那是您被抛在后面的时候。”
