CN105171197B - 焊接的组合视觉传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焊接的组合视觉传感器装置，包括底座、线激光传感器、线激光滑出机构、CCD摄像头模块以及CCD滑出机构；该线激光传感器通过线激光滑出机构安装在底座上，该线激光滑出机构实现线激光传感器滑出底座进入到工作位置；该CCD摄像头模块通过CCD滑出机构安装在底座上，该CCD滑出机构实现CCD摄像头模块滑出底座进入到工作位置。本发明可同时实现中厚板工件的坡口测量与焊接熔池观测两种功能，且具有通用性好、调节方便、位置可记忆、防护效果好等优点，因此具有很大的研究价值和可行性。

Description

焊接的组合视觉传感器装置
技术领域
本发明涉及一种视觉传感器装置，特别涉及一种用于中厚板焊接的视觉传感器装置。
背景技术
根据焊接工件厚度的不同，可以将焊接件分为薄板、中板和厚板。通常情况下，薄板是指厚度≦4.5mm的焊接件，中板是指厚度介于4.5~20mm的焊接件，厚板是厚度大于20mm的工件。中板、厚板习惯上统称为中厚板。
线激光传感器是一种实现中厚板焊接件坡口测量的常用工具。目前传统的做法是，在焊接前将线激光传感器固定在焊接机器人上对坡口进行测量，待测量完毕后再将线激光取下，以免焊接时的热辐射或飞溅对线激光传感器造成损伤。然而，当线激光传感器再次重新固定到焊接机器人上时，重复的装夹将不可避免地造成线激光传感器相对焊枪的位置误差，从而影响焊接精度。此外，焊接熔池的观测与取像也是中厚板焊接的重要环节之一。
为此，需要提出了一种中厚板焊接的组合视觉传感器装置，用于实现中厚板工件的坡口测量与焊接熔池观测，并具有通用性好、调节方便、位置可记忆的特点。
授权专利号为ZL200410067328.1的一项名为“焊接机器人伺服双目视觉传感器”的中国国家发明专利，该专利包括：伺服电机、同步带传动系统、两个CCD摄像机、气动系统、减光和滤光系统、内外两个空心轴、端盖及平板支架、槽钢形的支架及两个轴承。CCD摄像机、气动系统及减光和滤光系统固定在平板支架上，平板支架固定在外空心轴上，两空心轴之间放置两个轴承，外空心轴通过轴承绕内空心轴旋转，伺服电机的动力通过同步带传动系统传递到外空心轴上，带动CCD摄像机绕焊枪转动，同步带传动系统和外空心轴之间通过端盖连接，内空心轴和伺服电机固定在槽型钢支架上。该发明实现了CCD摄像机可绕焊枪作可控角度旋转以保持良好的取像方位以及自动加载或移开滤光片和减光片的功能，具有了多用途特点。但是该专利前案不能实现坡口测量。
中国专利公告号CN204414117U公开了一种视觉定位焊接机器人，该专利前案基于视觉定位原理，通过CCD 摄像头和激光测距传感器直接进行三维数据的采集，对焊接部位在三个方向上的位置进行识别和控制，实现机器人焊接过程编程、控制一体化。该专利的激光测距传感器是为了辅助CCD摄像头进行视觉定位，不能实现坡口测量。
综上，现有技术均不能同时实现中厚板工件的坡口测量与焊接熔池观测这两种功能，且均没有对传感装置进行防护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对中厚板工件焊接的需要，提供了一种焊接的组合视觉传感器装置，可同时实现中厚板工件的坡口测量与焊接熔池观测两种功能，且通用性好、防护效果好。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种焊接的组合视觉传感器装置，包括底座、线激光传感器、线激光滑出机构、CCD摄像头模块以及CCD滑出机构；该线激光传感器通过线激光滑出机构安装在底座上，该线激光滑出机构实现线激光传感器滑出底座进入到工作位置；该CCD摄像头模块通过CCD滑出机构安装在底座上，该CCD滑出机构实现CCD摄像头模块滑出底座进入到工作位置。
优选地，进一步设有可对线激光传感器的工作角度进行调节的线激光角度调节机构。
优选地，所述的线激光滑出机构包括底座导轨及底座滑块，该底座导轨固定在所述底座上，该底座滑块安装在底座导轨上，两者通过固定结构将底座滑块固定在底座导轨上。
优选地，所述的线激光传感器通过线激光角度调节机构安装在所述线激光滑出机构上，所述线激光角度调节机构包括线激光导轨以及线激光滑块，该线激光导轨固定在所述线激光滑出机构上，该线激光滑块安装在线激光导轨上，两者通过固定结构将线激光滑块固定在线激光导轨上；所述的线激光传感器一端铰接在线激光导轨上，另一端通过一线激光支架与线激光滑块铰接在一起。
优选地，所述的CCD滑出机构包括CCD导轨及CCD滑块，该CCD导轨固定在所述底座上，该CCD滑块安装在CCD导轨上，两者通过固定结构将CCD滑块固定在CCD导轨上。
优选地，所述的固定结构为定位螺钉。
优选地，所述的CCD摄像头模块通过一CCD支架安装在所述CCD滑块上，该CCD摄像头模块与CCD支架之间铰接连接，并通过铰接螺栓调节并定位两者之间的角度。
优选地，所述的底座上设有一个容纳腔，所述的线激光滑出机构及线激光角度调节机构均设置在该容纳腔内，并设置一可活动的盖板盖在该容纳腔上。
优选地，所述导轨上标有刻度。
优选地，所述CCD摄像头模块的铰接轴上标有刻度。
采用上述方案后，与现有的焊接视觉传感器装置相比，本发明具有以下突出特点：
1．采用组合式的视觉传感器方案，更能满足中厚板焊接的实际需要。本发明中的线激光传感器用于中厚板工件在焊接前的坡口测量，进而完成中厚板多层多道的焊接轨迹规划，而CCD摄像头模块则用于焊接时的熔池观测与取像。
2．线激光传感器和CCD摄像头模块的位置和角度易于调整。在本发明中，线激光传感器的角度和位置均可调节。松开底座定位螺钉和线激光定位螺钉，将线激光传感器调整到需要的位置和角度后，再锁紧底座定位螺钉和线激光定位螺钉即可。同样的，转动CCD摄像头模块，就能调整CCD摄像头模块的角度；松开CCD定位螺钉，将CCD滑块调整到需要的位置，再锁紧CCD定位螺钉，就能完成CCD位置的调整。
3．可记录线激光传感器和CCD摄像头模块的工作位置，从而有效降低了重复装夹引起的位置误差。由于本发明的底座导轨和线激光导轨上均可进一步标有刻度，方便记录底座滑块和线激光滑块的位置，从而可记录线激光传感器的工作位置。同样的，由于CCD摄像头模块和CCD导轨上也可标有刻度，方便记录CCD摄像头模块转过的角度和CCD滑块的位置，从而可记录CCD摄像头的工作位置。
4．防护效果好，避免造成传感器的损坏。当线激光传感器不需要工作时，将其收回到底座中，盖上盖板，锁紧盖板螺钉，这样就能防止焊接时热辐射或飞溅对线激光传感器造成伤害。同样的，CCD摄像头模块不工作时也可收回。
由此可见，利用本发明可以确保组合视觉传感器装置具有通用性好、调节方便、位置可记忆、防护效果好等优点，因此具有很大的研究价值和可行性。
附图说明
图1为本发明实施例的前侧示意图；
图2为本发明实施例的后侧示意图；
图3为本发明实施例的线激光传感器收回示意图；
图4为本发明实施例盖上盖板示意图；
图5为本发明实施例的CCD摄像头模块收回示意图；
图6为本发明实施例线激光传感器的位置刻度标记示意图；
图7为本发明实施例CCD导轨的位置刻度标记示意图；
图8为本发明实施例CCD支架的位置刻度标记示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
本发明所揭示的是一种焊接的组合视觉传感器装置，如图1至图5所示，为本发明的较佳实施例。所述的组合视觉传感器装置包括底座1、线激光传感器2、线激光滑出机构3、CCD摄像头模块4以及CCD滑出机构5，还可以进一步包括线激光角度调节机构6。其中：
所述的底座1在使用时可以安装在焊接机器人支架7上，从而将整个组合视觉传感器装置安装在焊接机器人支架上，该焊接机器人支架7上设有焊枪8。
所述的线激光传感器2通过线激光滑出机构3安装在底座1上，该线激光滑出机构3可以实现线激光传感器2滑出底座1进入到工作位置。具体地，所述的线激光滑出机构3包括底座导轨31及底座滑块32，该底座导轨31固定在所述底座1上，该底座滑块32安装在底座导轨31上，两者通过固定结构将底座滑块32固定在底座导轨31上。优选地，该固定结构可以为底座定位螺钉33。松开底座滑块32上面的底座定位螺钉33，底座滑块32可沿着底座导轨31滑动；当底座滑块32移动到位之后，锁紧底座滑块32上面的底座定位螺钉33，就能使底座滑块32固定不动。而所述的线激光传感器2直接或间接安装在所述的底座滑块32上，与底座滑块32同步运动，当底座滑块32向外移动时，使线激光传感器2滑出到工作位置。
为了达到线激光传感器2可调角度的目的，可以进一步设置一线激光角度调节机构6。所述的线激光传感器2通过线激光角度调节机构6安装在所述线激光滑出机构3上，其用以实现线激光传感器2的角度调节。具体地，所述线激光角度调节机构6包括线激光导轨61以及线激光滑块62。该线激光导轨61固定在所述线激光滑出机构3上（本实施例为固定在所述底座滑块32上），从而和线激光滑出机构3即底座滑块32同步运动。所述的线激光滑块62安装在线激光导轨61上，两者通过固定结构将线激光滑块62固定在线激光导轨61上。优选地，该固定结构可以为线激光定位螺钉63。松开线激光滑块62上面的线激光定位螺钉63，线激光滑块62可沿着线激光导轨61滑动。所述的线激光传感器2一端铰接在线激光导轨61上，另一端通过一线激光支架64与线激光滑块62铰接在一起。当线激光滑块62沿着线激光导轨61左右移动时，就带动线激光传感器2转动一定角度。将线激光传感器2转到需要的角度后，锁紧线激光滑块62上的线激光定位螺钉63，线激光传感器2的角度被固定。
为了达到进一步防护线激光传感器的目的，可以在所述的底座1上设置一个容纳腔11，所述的线激光滑出机构3及线激光角度调节机构6均设置在该容纳腔11内，并设置一可活动的盖板12盖在该容纳腔11上。当所述的线激光传感器2在线激光滑出机构3及线激光角度调节机构6的带动下缩回到容纳腔11内之后，盖上盖板12，并可通过盖板螺钉13锁上盖板12，从而将线激光传感器2隐藏在底座1内。
所述的CCD摄像头模块4通过CCD滑出机构5安装在所述底座1上，该CCD滑出机构5可以实现CCD摄像头模块4滑出底座1进入到工作位置。具体地，所述的CCD滑出机构5包括CCD导轨51及CCD滑块52。所述的CCD导轨51固定在所述底座1上，具体地，该CCD导轨51可以固定在一CCD底板53上，该CCD底板53固定在底座1上，进而将CCD转轨51固定在底座1上。所述的CCD滑块52安装在CCD导轨51上，两者通过固定结构将CCD滑块52固定在CCD导轨51上。优选地，该固定结构可以为CCD定位螺钉54。松开CCD滑块52上的CCD定位螺钉54，CCD滑块52可沿着CCD导轨61滑动；当CCD滑块52移动到位之后，锁紧CCD滑块52上的CCD定位螺钉54，就能使CCD滑块52固定不动。所述的CCD摄像头模块4安装在CCD滑块52上，从而所CCD滑块52同步运动，当CCD滑块52向外移动时，使CCD摄像头模块4滑出到工作位置。
为了可以实现CCD摄像头模块4工作角度的调节，该CCD摄像头模块4可以通过一CCD支架55安装在所述CCD滑块52上。该CCD摄像头模块4与CCD支架55之间铰接连接，并通过铰接螺栓56调节并定位两者之间的角度。
本发明在使用时，所述的组合视觉传感器装置可安装在焊接机器人支架7上，从而实现中厚板工件的坡口测量与焊接熔池观测。其中，坡口测量通过线激光传感器2完成，而焊接熔池观测通过CCD摄像头模块4完成。当焊接前需要测量中厚板工件的坡口时，如图1所示，将线激光传感器2移动到合适的工作位置，该工作位置根据实际的坡口参数情况和线激光传感器量程等因素来调整。当需要对焊接熔池观测或取像时，如图2所示，将CCD摄像头模块移动到合适的工作位置。
当线激光传感器2不工作时，松开底座定位螺钉33和线激光定位螺钉63，推动底座滑块32和线激光滑块62，将线激光传感器2收回到底座1的容纳腔11中（如图3所示），然后锁定底座定位螺钉33和线激光定位螺钉63，之后盖上盖板12，锁紧盖板螺钉13（如图4），这样就能将线激光传感器2保护起来，防止焊接时热辐射或飞溅对线激光传感器2造成伤害。当线激光传感器2需要工作时，松开盖板螺钉13，取下盖板12，将线激光传感器2推出底座1，调整好线激光传感器2的角度，锁紧底座定位螺钉33和线激光定位螺钉63，线激光传感器2就装夹完毕（如图1）。
同样，当CCD摄像头模块4不需要使用时，松开铰接螺栓56，将CCD摄像头模块4转动到水平位置；然后松开CCD定位螺钉54，推动CCD滑块52，将CCD摄像头模块4收回，最后再拧紧CCD定位螺钉54（如图5）。当CCD摄像头模块4需要使用时，松开CCD定位螺钉54，推动CCD滑块52到需要的位置，并将CCD摄像头模块4转动到合适的位置锁紧铰接螺栓56即可。
进一步的，在所述的底座导轨31和线激光导轨61上可以标有刻度（如图6所示）。当线激光传感器2的位置和角度确定后，底座滑块32和线激光滑块62对应的刻度位置也是唯一对应的。因此，当线激光传感器2需要回到上次的工作位置时，只需要将底座滑块32和线激光滑块62移动到上次记录的刻度位置即可。
同样的，如图7和图8所示，由于CCD导轨51和CCD摄像头模块4的铰接轴上也可以标有刻度，以方便记录CCD滑块52的位置和CCD摄像头模块4转过的角度，从而可记录CCD摄像头的工作位置。因此，当CCD摄像头模块4需要回到上次的工作位置时，只需要将CCD滑块52和CCD摄像头模块4移动并转动到上次记录的刻度位置即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：包括底座(1)、线激光传感器(2)、线激光滑出机构(3)、CCD摄像头模块(4)以及CCD滑出机构(5)；该线激光传感器(2)通过线激光滑出机构(3)安装在底座(1)上，该线激光滑出机构实现线激光传感器(2)滑出底座(1)进入到工作位置；该CCD摄像头模块(4)通过CCD滑出机构(5)安装在底座(1)上，该CCD滑出机构实现CCD摄像头模块(4)滑出底座(1)进入到工作位置；进一步设有可对线激光传感器(2)的工作角度进行调节的线激光角度调节机构(6)；所述的底座(1)上设有一个容纳腔(11)，所述的线激光滑出机构(3)及线激光角度调节机构(6)均设置在该容纳腔(11)内，并设置一可活动的盖板(12)盖在该容纳腔(11)上。
2.根据权利要求1所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述的线激光滑出机构(3)包括底座导轨(31)及底座滑块(32)，该底座导轨固定在所述底座(1)上，该底座滑块安装在底座导轨上，两者通过固定结构将底座滑块(32)固定在底座导轨(31)上。
3.根据权利要求1所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述的线激光传感器(2)通过线激光角度调节机构(6)安装在所述线激光滑出机构(3)上，所述线激光角度调节机构包括线激光导轨(61)以及线激光滑块(62)，该线激光导轨固定在所述线激光滑出机构(3)上，该线激光滑块安装在线激光导轨上，两者通过固定结构将线激光滑块(62)固定在线激光导轨(61)上；所述的线激光传感器(2)一端铰接在线激光导轨(61)上，另一端通过一线激光支架(64)与线激光滑块(62)铰接在一起。
4.根据权利要求1所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述的CCD滑出机构(5)包括CCD导轨(51)及CCD滑块(52)，该CCD导轨固定在所述底座(1)上，该CCD滑块安装在CCD导轨上，两者通过固定结构将CCD滑块(52)固定在CCD导轨(51)上。
5.根据权利要求2-4之一所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述的固定结构为定位螺钉。
6.根据权利要求4所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述的CCD摄像头模块(4)通过一CCD支架(55)安装在所述CCD滑块(52)上，该CCD摄像头模块与CCD支架之间铰接连接，并通过铰接螺栓(56)调节并定位两者之间的角度。
7.根据权利要求2-4之一所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述导轨上标有刻度。
8.根据权利要求6所述的焊接的组合视觉传感器装置，其特征在于：所述CCD摄像头模块(4)的铰接轴上标有刻度。
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