CN107598437A - 带有视觉功能的焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有视觉功能的焊接机器人，包括：焊枪，位于焊枪两侧的视觉监控装置；所述视觉监控装置适于将采集的焊缝图像数据发送至处理器模块；所述处理器模块适于根据焊缝图像数据判断焊缝质量；本发明的焊接机器人，其具有视觉功能，能够在焊接时对焊缝进行视觉检测，保证焊接工艺，使焊接和检测在同一工序中完成，提高焊接效果。
Description
技术领域
本发明涉及智能焊接装置，具体涉及一种带有视觉功能的焊接机器人。
背景技术
随着生产力的发展，以及机器人技术的不断进步，机器人越来越普及到人们的生产活动中，代替人类进行工作，为人类带来了诸多方便。
尤其是机器人结合视觉技术，以对物体进行检测能够极大的提高机器人的智能化程度。
因此，在焊接领域，设计一种带有视觉功能的焊接机器人能够保证焊接质量，提高焊接效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有视觉功能的焊接机器人。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带有视觉功能的焊接机器人，包括：焊枪，位于焊枪两侧的视觉监控装置；所述视觉监控装置适于将采集的焊缝图像数据发送至处理器模块；所述处理器模块适于根据焊缝图像数据判断焊缝质量。
进一步，所述处理器模块连接有一存储模块；所述存储模块内存储有标准焊缝的样本特征数据；所述处理器模块适于提取焊缝图像数据中的实测特征数据，并将实测特征数据与样本特征数据进行对比，以判断焊缝是否合格。
进一步，所述视觉监控装置包括成像镜头模组，以及在所述成像镜头模组的镜头上设有检波片和滤波片。
进一步，为了提供一种可增大入光口径的、高分辨率、高像质的成像镜头模组，进而满足其小型化的需求；所述成像镜头模组包括：沿着光轴从物侧至像侧依次排列有：
具有负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面；
具有正屈折力的第二透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；
具有正屈折力的第三透镜，其物侧表面为凸面；
具有负屈折力的第四透镜，其呈弯月状；
光阑，其大小可调节；
具有负屈折力的第五透镜；
具有正屈折力的第六透镜，第五透镜和第六透镜为复合透镜；以及
具有正屈折力的第七透镜，由塑料材质所制成，其物侧表面为凹面，且物侧表面与像侧光学面皆为非球面，以及在物侧表面设有至少一个拐点；
其中，所述成像镜头模组的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，第五透镜和第六透镜的复合焦距为f5，满足下列关系式：
3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5，
10.8< f/f5＜13.5；以及
还满足下列关系式：0.65<Td/TTL<0.75，其中，Td为第四透镜的像侧表面至第七透镜的物侧表面在光轴上的间距；TTL为整个透镜系统的总长。
进一步，ft为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的组合焦距；
Du为第五透镜的物侧表面至第七透镜的像侧表面在光轴上的间距，并且
满足下列关系式： 0.6<Du/ft<1。
进一步，在所述第七透镜的物侧表面的切线上设置一切点，所述切线垂直于光轴，且所述切点不位于光轴上，YC为所述切点与光轴的垂直距离，并且
满足下列关系式：0.1＜YC/f＜0.8。
进一步，还建立下列关系式1.8＜|R6a/f|＜3.0，其中
R6a表示的所述第六透镜的物体侧表面的曲率半径。
进一步，设定SAG7为第七透镜的物侧表面与光轴的交点至成像表面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离；CT7为第七透镜在光轴上的中心厚度，满足下列关系式：1.8<SAG7/CT7<3.0。
进一步，所述第一透镜在光轴上的厚度为CT1，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT2，所述第三透镜在光轴上的厚度为CT3，所述第四透镜在光轴上的厚度为CT4，满足下列关系式：0.3＜(CT1+CT2+CT3+CT4)/f＜0.6。
进一步，所述第一透镜的色散系数为v1，所述第二透镜的色散系数为v2，满足下列关系式：15＜v1-v2＜30；以及
所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为3.75~5.15mm，
所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔为5.55~7.70mm。
本发明的有益效果是，本发明的焊接机器人，其具有视觉功能，能够在焊接时对焊缝进行视觉检测，保证焊接工艺，使焊接和检测在同一工序中完成，提高焊接效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的焊接机器人的结构示意图。
图2是本发明提供的成像镜头模组实施例的示意图。
图3是实施例的轴上色差图（mm）。
图4是实施例的像散图（mm）。
图5是实施例的畸变图(%)。
图6是实施例的倍率色差图（μm）。
图中：焊枪1、视觉监控装置2、焊缝3。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本实施例提供了一种带有视觉功能的焊接机器人，包括：焊枪1，位于焊枪1两侧的视觉监控装置2；所述视觉监控装置适于对焊缝3进行拍摄，以将采集的焊缝图像数据发送至处理器模块；所述处理器模块适于根据焊缝图像数据判断焊缝质量。
所述处理器模块可以采用嵌入式处理器。
所述处理器模块连接有一存储模块；所述存储模块内存储有标准焊缝的样本特征数据；所述处理器模块适于提取焊缝图像数据中的实测特征数据，并将实测特征数据与样本特征数据进行对比，以判断焊缝是否合格。
具体的样本特征数据可以包括：焊缝中根部焊瘤、根部未熔合、内凹等特征，将实测特征数据通过图像处理检测判断是否含有上述特征，若含有，则可以判定焊缝不合格，若没有，可以判定该焊缝合格。
作为视觉监控装置的一种优选的实施方式，所述视觉监控装置包括成像镜头模组，以及在所述成像镜头模组的镜头上设有检波片和滤波片，以更加很有利于观看电弧与熔池的变化。
视觉监控装置2作为重要的部件，再加上机器人的小型化趋势，其安装的成像镜头模组也需要具有相应的小型化，而且对于摄像的清晰度要求也越来越高，即对于成像镜头模组内的光学镜头也进一步要求高分辨率等性能。
目前，一般的高像素薄型镜头，多采用五片式或六片式透镜结构为主，这种系统在小口径的配置中，有效提升了成像品质，同时维持了小型化的特性。但是机器人的小型化趋势，对小型化摄像镜头的像素、成像质量及分辨率等性能提出了进一步更高的要求。已知的五片式或六片式结构在大口径的配置下，将无法进一步缩短系统长度，满足像质要求以及照度需求。
因此，为了实现高分辨率和高像质的要求，本实施例提出了一种成像镜头模组。
所述成像镜头模组包括：沿着光轴从物侧至像侧依次排列有：
具有负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面；
具有正屈折力的第二透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；
具有正屈折力的第三透镜，其物侧表面为凸面；
具有负屈折力的第四透镜，其呈弯月状；
光阑，其大小可调节；
具有负屈折力的第五透镜；
具有正屈折力的第六透镜，第五透镜和第六透镜为复合透镜；以及
具有正屈折力的第七透镜，由塑料材质所制成，其物侧表面为凹面，其物侧表面与像侧光学面皆为非球面，且其物侧表面设有至少一个拐点；
其中，所述成像镜头模组的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，第五透镜和第六透镜的复合焦距为f5，满足下列关系式：
3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5，
10.8< f/f5＜13.5；
另外，还满足下列关系式：0.65<Td/TTL<0.75，其中，Td为第四透镜的像侧表面至第七透镜的物侧表面在光轴上的间距；TTL为整个透镜系统的总长。
所述成像镜头模组同时满足关系式3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5和10.8<f/f5＜13.5，能够进一步缩短镜头的系统长度，保证镜头的小型化。当|f/f2|+|f/f3|和f/f5过大时，不利于象散的矫正，且会使中心视场的轴上色差增大；而当|f/f2|+|f/f3|和f/f5过小时，多个透镜的轴上间距过大，不利于镜头的小型化。
具体符合上述条件式的各实施例数值如下表所示：
| 条件式 | 实施例 |
| 3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5 | 4.0 |
| 10.8< f/f5＜13.5 | 12.5 |
本发明所述的成像镜头模组中，至少有一个面为非球面，并采用塑料材料，以获得较多的控制变量，通过合理的光焦度分配，有利于像差的修正，提升镜头的成像品质，有效缩短镜头的体积，满足适用于成像镜头模组的高像质且小型化的需求。
本发明实施例提供的成像镜头模组，如图2所示，由物侧至像侧依次包括沿着光轴排列的：
具有负屈折力的第一透镜L1，其物侧表面为凸面；
具有正屈折力的第二透镜L2，其物侧表面和像侧表面均为凸面；
具有正屈折力的第三透镜L3，其物侧表面为凸面；
具有负屈折力的第四透镜L4，其呈弯月状；
光阑，其大小可调节；
具有负屈折力的第五透镜L5；
具有正屈折力的第六透镜L6，第五透镜L5和第六透镜L6为复合透镜；以及
具有正屈折力的第七透镜L7，由塑料材质所制成，其物侧表面为凹面，其物侧表面与像侧光学面皆为非球面，且其物侧表面设有至少一个拐点；
其中，所述成像镜头模组的焦距为f，所述第二透镜L2的焦距为f2，所述第三透镜L3的焦距为f3，第五透镜L5和第六透镜L6的复合焦距为f5，满足下列关系式：
3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5，
10.8< f/f5＜13.5。
另外，还满足下列关系式：0.65<Td/TTL<0.75，其中，Td为第四透镜的像侧表面至第七透镜的物侧表面在光轴上的间距；TTL为整个透镜系统的总长。
其中，ft为第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4的组合焦距；Du为第五透镜L5的物侧表面至第七透镜L7的像侧表面在光轴上的间距，满足下列关系式：0.6<Du/ft<1 。
切点是所述第七透镜L7的物侧表面上的切线的切点，所述切线垂直于光轴，且所述切点不位于光轴上，YC为所述切点与光轴的垂直距离，满足下列关系式：0.1＜YC/f＜0.8。
满足关系式1.8＜|R6a/f|＜3.0，其中，R6a表示的所述第六透镜的物体侧表面的曲率半径。
SAG7为第七透镜L7的物侧表面与光轴的交点至成像表面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离；CT7为第七透镜L7在光轴上的中心厚度，满足下列关系式：1.8<SAG7/CT7<3.0。
实施例中的成像镜头模组各参数如下所述：|f/f2|+|f/f3|=4.0，f/f5=12.5，Td/TTL=0.69，Du/ft=0.83，YC/f =0.55。
系统参数：光阑值3.25
表1
| 表面类型 | 曲率半径 | 厚度 | 材料 | 有效口径 | 圆锥系数 |
| 球面 | 无穷 | 无穷 | |||
| 球面 | 无穷 | -0.3375 | 2.0251 | ||
| 非球面 | 1.7059 | 0.5062 | 1.544/56.11 | 2.0890 | -0.0416 |
| 非球面 | 5.3544 | 0.0757 | 2.0882 | -53.1547 | |
| 非球面 | 6.7536 | 0.2130 | 1.635/23.78 | 2.0877 | -64.2148 |
| 非球面 | 3.1837 | 0.1178 | 2.0943 | -0.0643 | |
| 非球面 | -2.3145 | 0.2538 | 1.635/23.78 | 2.1094 | -7.0819 |
| 非球面 | 2.0390 | 0.3698 | 2.2228 | 1.5293 | |
| 非球面 | 11.7195 | 0.6393 | 1.544/56.11 | 2.6000 | 12.7906 |
| 非球面 | 4.8248 | 0.6930 | 2.8714 | 0.4313 | |
| 非球面 | -31.7345 | 0.5418 | 1.544/56.11 | 3.3099 | -24.2930 |
| 非球面 | -1.4022 | 0.3238 | 3.7524 | -5.6530 | |
| 非球面 | 1.7244 | 0.2250 | 1.544/56.11 | 3.9632 | -0.4222 |
| 非球面 | 2.2397 | 0.2500 | 5.0395 | -22.3361 | |
| 球面 | 无穷 | 0.2100 | 1.517/64.17 | 5.8281 | |
| 球面 | 无穷 | 0.5809 | 5.9568 | ||
| 球面 | 无穷 | 6.5302 |
下表是非球面透镜的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14：
表2
| A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 |
| -4.5236E-03 | 1.0363E-02 | -2.9652E-03 | 3.7644E-03 | 0 | 0 |
| -8.3234E-02 | 7.1475E-02 | -3.7506E-03 | -1.6994E-02 | 0 | 0 |
| -5.9916E-02 | 6.5451E-02 | -2.7719E-03 | -2.4135E-02 | 0 | 0 |
| -9.0841E-04 | 1.7726E-02 | -9.8418E-03 | 5.6343E-04 | 0 | 0 |
| -8.8827E-02 | -2.1146E-02 | 1.3512E-03 | 1.8005E-02 | 0 | 0 |
| -1.5612E-01 | 7.1981E-03 | 1.0232E-02 | 2.2272E-03 | 0 | 0 |
| -2.3692E-02 | 6.3465E-04 | 1.4016E-03 | 9.2135E-04 | 0 | 0 |
| -4.4245E-02 | 5.0386E-03 | -5.3424E-03 | 2.1275E-03 | 0 | 0 |
| -7.0820E-02 | 4.2424E-03 | 1.4341E-03 | -1.1185E-03 | 0 | 0 |
| -7.3912E-02 | 4.3543E-02 | -1.1592E-02 | 1.1835E-03 | 0 | 0 |
| 4.4218E-02 | -2.8754E-04 | -2.5484E-03 | 4.2749E-04 | 5.8204E-06 | 4.8611E-06 |
| -2.2877E-02 | 2.7012E-03 | -6.8090E-04 | 2.7496E-05 | 2.0269E-06 | -3.2882E-07 |
图3、图4、图5和图6是实施例的轴上色差图、像散图、畸变图和倍率色差图，通过实施例的轴上色差图、像散图、畸变图和倍率色差图，可以看出本发明的成像镜头模组具有良好的光学性能。
本成像镜头模组其采用七片式结构，通过增大入光口径以满足高分辨率的要求，并通过减薄透镜的厚度或透镜间距来保证具有上述摄像镜头的成像镜头模组的小型化，同时，为焊接机器人的进一步小型化提供了保障。
虽然上面针对焊接机器人描述了本发明的原理以及具体实施方式，但是在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，而并非用于限制本发明。
Claims (10)
1.一种焊接机器人，其特征在于，包括：焊枪，位于焊枪两侧的视觉监控装置；
所述视觉监控装置适于将采集的焊缝图像数据发送至处理器模块；
所述处理器模块适于根据焊缝图像数据判断焊缝质量。
2.根据权利要求1所述的焊接机器人，其特征在于，
所述处理器模块连接有一存储模块；
所述存储模块内存储有标准焊缝的样本特征数据；
所述处理器模块适于提取焊缝图像数据中的实测特征数据，并将实测特征数据与样本特征数据进行对比，以判断焊缝是否合格。
3.根据权利要求2所述的焊接机器人，其特征在于，
所述视觉监控装置包括成像镜头模组，以及在所述成像镜头模组的镜头上设有检波片和滤波片。
4.根据权利要求3所述的焊接机器人，其特征在于，
所述成像镜头模组包括：沿着光轴从物侧至像侧依次排列有：
具有负屈折力的第一透镜，其物侧表面为凸面；
具有正屈折力的第二透镜，其物侧表面和像侧表面均为凸面；
具有正屈折力的第三透镜，其物侧表面为凸面；
具有负屈折力的第四透镜，其呈弯月状；
光阑，其大小可调节；
具有负屈折力的第五透镜；
具有正屈折力的第六透镜，第五透镜和第六透镜为复合透镜；以及
具有正屈折力的第七透镜，由塑料材质所制成，其物侧表面为凹面，且物侧表面与像侧光学面皆为非球面，以及在物侧表面设有至少一个拐点；
其中，所述成像镜头模组的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，第五透镜和第六透镜的复合焦距为f5，满足下列关系式：
3.3＜|f/f2|+|f/f3|＜4.5，
10.8< f/f5＜13.5；以及
还满足下列关系式：0.65<Td/TTL<0.75，其中，Td为第四透镜的像侧表面至第七透镜的物侧表面在光轴上的间距；TTL为整个透镜系统的总长。
5.根据权利要求4所述的焊接机器人，其特征在于，
ft为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的组合焦距；
Du为第五透镜的物侧表面至第七透镜的像侧表面在光轴上的间距，并且
满足下列关系式： 0.6<Du/ft<1。
6.根据权利要求5所述的焊接机器人，其特征在于，
在所述第七透镜的物侧表面的切线上设置一切点，所述切线垂直于光轴，且所述切点不位于光轴上，YC为所述切点与光轴的垂直距离，并且
满足下列关系式：0.1＜YC/f＜0.8。
7.根据权利要求6所述的焊接机器人，其特征在于，
还建立下列关系式1.8＜|R6a/f|＜3.0，其中
R6a表示的所述第六透镜的物体侧表面的曲率半径。
8.根据权利要求4或5所述的焊接机器人，其特征在于，
设定SAG7为第七透镜的物侧表面与光轴的交点至成像表面的最大有效径位置于光轴上的水平位移距离；CT7为第七透镜在光轴上的中心厚度，满足下列关系式：1.8<SAG7/CT7<3.0。
9.根据权利要求8所述的焊接机器人，其特征在于，
所述第一透镜在光轴上的厚度为CT1，所述第二透镜在光轴上的厚度为CT2，所述第三透镜在光轴上的厚度为CT3，所述第四透镜在光轴上的厚度为CT4，满足下列关系式：0.3＜(CT1+CT2+CT3+CT4)/f＜0.6。
10.根据权利要求4所述的焊接机器人，其特征在于，
所述第一透镜的色散系数为v1，所述第二透镜的色散系数为v2，满足下列关系式：15＜v1-v2＜30；以及
所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隔为3.75~5.15mm，
所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔为5.55~7.70mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |