CN108406050A - 双目激光焊缝跟踪器及焊缝跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双目激光焊缝跟踪器及焊缝跟踪系统，属于焊缝跟踪技术领域，该双目激光焊缝跟踪器包括壳体以及激光器、第一图像采集装置、第二图像采集装置、电路板、窄带滤镜；激光器设置在第一图像采集装置和第二图像采集之间，第一图像采集装置和第二图像采集装置分别能够通过窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝图像数据；电路板采集图像数据，并计算出焊枪的焊丝到待焊接焊缝的偏差信息，并将偏差信息发送至外部控制器。物体的轮廓产生变化时，通过切换两个图像采集装置，能够获取图像数据，从而使该双目激光焊缝跟踪器具有适用于结构复杂、焊接变化比较大的工作环境。该焊缝跟踪系统包括双目激光焊缝跟踪器。

Description

双目激光焊缝跟踪器及焊缝跟踪系统

技术领域

本发明涉及焊缝跟踪技术领域，具体涉及一种双目激光焊缝跟踪器及焊缝跟踪系统。

背景技术

焊缝跟踪技术是智能焊接技术的重要环节。焊缝跟踪技术有很多种类，例如采用视频技术跟踪，激光测距技术进行跟踪或是采用机械部件进行跟踪。但目前国内外，使用最普遍的是激光单目焊缝跟踪器。其采用激光定位，三角测量原理进行跟踪。

其基本工作原理是，如图1所示，通过激光器一1直射的激光线照射在被焊物体焊缝3位置，变化的激光线反映了物体的外轮廓的变化。摄像头一2与激光线的照射形成一个测量角α(如图2所示)。根据摄像头一2采集到的图像数据准确的分析出焊接物体的轮廓线。

单目激光焊缝跟踪器的特点是简单易行，适用于焊道平缓，变化不大的焊接环境。但对于焊接变化比较大，结构复杂的焊接环境，使用中受到限制。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种双目激光焊缝跟踪器，该双目激光焊缝跟踪器中在激光器两侧的各分布有图像采集装置，当一侧图像采集装置观察测量受阻时，系统可以切换到另一侧图像采集装置持续观察测量图像数据信息，适用范围广。

本发明的第二目的在于提供一种焊缝跟踪系统，该焊缝跟踪系统采用上述的双目激光焊缝跟踪器，能够对焊枪的焊接偏差进行实时调整，提高焊接精准度。

基于上述第一目的，本发明提供的双目激光焊缝跟踪器，包括：壳体以及设置在所述壳体内的激光器、第一图像采集装置、第二图像采集装置、电路板、窄带滤镜；

所述壳体的底板设置有激光发射孔以及位于所述激光发射孔两侧的图像采集孔，所述图像采集孔的上方设置有与所述激光器同波长的窄带滤镜；

所述第一图像采集装置和第二图像采集装置分别设置在所述壳体两侧位置，所述激光器设置在所述第一图像采集装置和第二图像采集之间；所述激光器能够通过激光发射孔向待焊接焊缝发射激光光线，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别能够通过窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝图像数据；

所述电路板能够接收所述第一图像采集装置和第二图像采集装置采集的图像数据，并利用图像数据计算出焊枪的焊丝到待焊接焊缝的偏差信息，并将所述偏差信息发送至外部控制器。

上述技术方案中，在激光器的两侧分别设置有第一图像采集装置和第二图像采集装置，物体的轮廓产生变化时，由于物体的阻挡导致第一图像采集装置无法获取图像数据时，通过电路板控制切换到第二图像采集装置，利用第二图像采集装置继续获取图像数据，从而使该双目激光焊缝跟踪器具有适用于结构复杂、焊接变化比较大的工作环境。

进一步的，所述激光器设置在所述第一图像采集装置和第二图像采集装置的中部，以使所述第一图像采集装置和第二图像采集装置观测到的激光线处于同一范围。

进一步的，所述底板设置有激光器安装部，起到固定激光器的作用，所述激光器安装部具有与所述激光发射孔贯通的用以容纳所述激光器的第一安装孔。

进一步的，所述窄带滤镜一端连接所述的壳体侧壁，另一端连接滤镜架，所述滤镜架设置在底板上。

进一步的，所述第一图像采集装置和第二图像采集装置均包括摄像头和支撑架，所述摄像头与所述支撑架连接，所述支撑架与所述壳体连接。所述摄像头用以获取激光光线与焊丝图像数据。

进一步的，还包括反射镜，所述反射镜分别设置在所述壳体的侧壁上，且反射镜与相对应一侧的所述窄带滤镜具有一定夹角，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别能够通过相对应一侧的反射镜、窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝的图像数据。

上述技术方案中，由于壳体上固定有反射镜，光线通过反射镜进入第一数据采集装置和第二数据采集装置，通过该变光路传递的方向，从而起到减小壳体尺寸的目的。

进一步的，所述激光器发射的一字形激光线平面与第一图像采集装置、第二图像采集装置接收放射线平面之间角度为22.5±4°。

进一步的，还包括防护装置，所述防护装置包括防护镜片和镜片架，所述防护镜片用以使所述激光发射孔和所述图像采集孔的内部与外界隔离，所述镜片架用以将所述防护镜片固定在所述壳体底板的底面。

上述技术方案中，防护镜片起到防止粉尘及焊接烟雾进入壳体内部；保证壳体内部第一数据图像采集装置、第二图像采集装置、电路板和激光器的清洁。

进一步的，所述壳体上设置有进气孔以及排气孔，所述进气孔连接有气管接头，外部气源通过气管接头向所述壳体内部通入空气并通过排气孔排出，以对激光器散热。保障激光器的正常工作性能。

基于上述第二目的，本发明提供的一种焊缝跟踪系统，该焊缝跟踪系统包括控制装置、驱动装置、焊枪以及上述的双目激光焊缝跟踪器，所述控制装置与所述双目激光焊缝跟踪器中电路板电连接；

所述控制装置用于接收所述电路板计算出的所述偏差信息，并根据所述偏差信息生成控制信号；所述驱动装置与所述控制装置电连接，所述驱动装置用于在所述控制信号的控制下矫正所述焊枪的焊丝相对所述待焊接焊缝的位置。

采用上述技术方案，本发明提供的双目激光焊缝跟踪器的技术效果有：

该双目激光焊缝跟踪器包括壳体以及设置在壳体内的激光器、第一图像采集装置、第二图像采集装置、电路板、窄带滤镜；第一图像采集装置和第二图像采集装置分别能够通过相对一侧的窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝图像数据；

其中，在激光器的两侧分别设置有第一图像采集装置和第二图像采集装置，物体的轮廓产生变化时，由于物体的阻挡导致第一图像采集装置无法获取图像数据时，通过电路板控制切换到第二图像采集装置，利用第二图像采集装置继续获取图像数据，从而使该双目激光焊缝跟踪器具有适用于结构复杂、焊接变化比较大的工作环境，提高适用范围。

本发明提供的焊缝跟踪系统包括上述的双目激光焊缝跟踪器，具有双目激光焊缝跟踪器的上述的技术效果，并且，该焊缝跟踪系统中，控制装置用于接收所述电路板计算出的偏差信息，并根据所述偏差信息生成控制信号；驱动装置用于在控制信号的控制下矫正焊枪的焊丝相对待焊接焊缝的位置，从而提升焊接的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中单目激光焊缝跟踪器的结构示意图；

图2为单目激光焊缝跟踪器应用受限时的示意图；

图3是本发明实施例一提供的双目激光焊缝跟踪器的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的双目激光焊缝跟踪器中，摄像机的接收放射线平面与激光器的激光线平面之间的位置示意图。

附图标记：1-激光器一；2-摄像头二；3-焊缝；100-壳体；110-底板；120-激光发射孔；130-图像采集孔；140-激光器安装部；141-第一安装孔；150-滤镜架；200-激光器；300-第一图像采集装置；310-摄像头；320-支撑架；400-第二图像采集装置；500-电路板；600-窄带滤镜；700-反射镜；800-防护镜片；810-镜片架；900-气管接头；910-线缆接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的双目激光焊缝跟踪器设计目的是，解决现有技术中的单目激光焊缝跟踪器，对于焊接变化比较大，结构复杂的焊接环境中，采用一个图像采集装置时跟踪受到限制的问题。

实施例一

请参照图3，本发明提供的双目激光焊缝跟踪器，包括：壳体100以及设置在壳体100内的激光器200、第一图像采集装置300、第二图像采集装置400、电路板500、窄带滤镜600。

具体的，本实施例中，壳体100优选采用矩形形状，壳体100的材质采用金属材质，例如，可以是铝制或者铝合金材质，其不仅具备良好的结构强度还具有较佳的导热性能。

在壳体100的底板110上分别设置有激光发射孔120以及位于激光发射孔120两侧的图像采集孔130，即两个图像采集孔130各位于激光发射孔120的两侧位置。

在图像采集孔130的上方(壳体100的内侧)设置有与激光器200同波长的窄带滤镜600；窄带滤镜600的作用是便于将第一图像采集装置300、第二图像采集装置400获取的图像只有激光条纹在坡口处变形的图像。

第一图像采集装置300和第二图像采集装置400分别设置在壳体100两侧位置，激光器200设置在第一图像采集装置300和第二图像采集之间；激光器200能够通过激光发射孔120向待焊接焊缝发射激光光线；第一图像采集装置300能够通过位于其同侧的窄带滤镜600、图像采集孔130获取激光光线与焊丝图像数据；第二图像采集装置400能够位于其同侧的窄带滤镜600、图像采集孔130获取激光光线与焊丝图像数据。

电路板500分别与第一图像采集装置300和第二图像采集装置400电连接，电路板500能够接收第一图像采集装置300和第二图像采集装置400采集的图像数据，并利用图像数据计算出焊枪的焊丝到待焊接焊缝的偏差信息，并将偏差信息发送至外部控制器。在壳体顶部还设置有线缆接头910，用以通过线缆，使电路板与外部控制器通过线缆连接。

上述技术方案中，在激光器200的两侧分别设置有第一图像采集装置300和第二图像采集装置400，工作时，物体的轮廓产生变化时，由于物体的阻挡导致第一图像采集装置300无法获取图像数据时，通过电路板500控制切换到第二图像采集装置400，利用第二图像采集装置400继续获取图像数据，从而使该双目激光焊缝跟踪器具有适用于结构复杂、焊接变化比较大的工作环境，相对于现有的单目激光焊缝跟踪器，具有适用范围广的特点。

一个优选实施方案中，激光器200设置在第一图像采集装置300和第二图像采集装置400的中部位置，目的是，使第一图像采集装置300和第二图像采集装置400观测到的激光线处于同一范围内，以便于两侧图像采集装置的探测和数据的计算。

一个优选实施方案中，底板110设置有激光器安装部140，起到固定激光器200的作用，激光器安装部140具有与激光发射孔120贯通的用以容纳激光器200的第一安装孔141。

具体的，该激光器安装部140设置为柱状，其位于底板110的中部位置(相对于第一图像采集装置300和第二图像采集装置400位置而言)，第一安装孔141沿竖直方向(激光器安装部140的轴向方向)贯穿设置，并且与激光发射孔120相贯通，激光器200设置在第一安装孔141内，激光器200的头部正对于激光发射孔120，以使激光光线能够通过激光发射孔120发射至外部。

优选地，激光器200与第一安装孔141可拆卸连接，两者可以通过螺纹连接方式连接，便于后期激光器200的更换。

一个优选实施方案中，窄带滤镜600在安装时，窄带滤镜600的一端连接的壳体100侧壁，窄带滤镜600另一端连接滤镜架150，滤镜架150设置在底板110上。并且，窄带滤镜600与滤镜架150连接端的高度高于窄带滤镜600与壳体100侧壁连接端的高度。

一个优选实施方案中，第一图像采集装置300和第二图像采集装置400均包括摄像头310和支撑架320，摄像头310与支撑架320连接，支撑架320与壳体100连接。摄像头310用以获取激光光线与焊丝图像数据。

具体实施时，摄像头310与支撑架320之间优选采用可拆卸连接方式，便于对摄像头310进行更换。支撑架320与壳体100之间优选采用可转动连接方式，即支撑架320通过转轴与壳体100相连接，校准时，当调整摄像头310到合适拍摄角度，通过例如锁紧螺母等部件将转轴锁紧，以使支撑架320的位置固定。

一个优选实施方案中，该双目激光焊缝跟踪器还包括反射镜700，反射镜700的数量设置两个，反射镜700分别设置在壳体100的侧壁上，且反射镜700与相对应一侧的窄带滤镜600具有一定夹角，以使摄像头310能够接收反射光线，第一图像采集装置300和第二图像采集装置400分别能够通过相对应一侧的反射镜700、窄带滤镜600、图像采集孔130获取激光光线与焊丝的图像数据。

具体实施时，由于壳体100的侧壁是垂直于底板110的，反射镜700分别设置两侧壁上，且反射镜700位于窄带滤镜600的上方，光线能够依次通过图像采集孔130、窄带滤镜600、反射镜700后进入相对应侧的摄像头310内。

上述技术方案中，由于壳体100上固定有反射镜700，光线通过反射镜700进入第一数据采集装置和第二数据采集装置，通过该变光路传递的方向，从而起到减小壳体100尺寸的目的，优化了壳体100内部的安装环境。

如图4所示，一个优选实施方案中，激光器200发射的一字形激光线平面与第一图像采集装置300、第二图像采集装置400接收放射线平面之间角度β为22.5±4°，其中图4中的摄像头310为第一图像采集装置300或者第二图像采集装置400中任一的摄像头。

一个优选实施方案中，该双目激光焊缝跟踪器还包括防护装置，防护装置包括防护镜片800和镜片架810，防护镜片800用以使激光发射孔120和图像采集孔130的内部与外界隔离，镜片架810用以将防护镜片800固定在壳体100底板110的底面，其中，在镜片架810正对激光发射孔120的位置设置通孔，用以通过激光光线。

上述技术方案中，防护镜片800起到防止粉尘及焊接烟雾进入壳体100内部；保证壳体100内部第一数据图像采集装置、第二图像采集装置400、电路板500和激光器200的清洁。

上述镜片架通过螺钉连接方式与底板相连接，这样防护镜片和镜片架可以进行拆卸，便于后期更换。

一个优选实施方案中，壳体100上设置有进气孔以及排气孔(图中并未示意出)，进气孔连接有气管接头900，外部气源通过气管接头900向壳体100内部通入空气并通过排气孔排出，用以对激光器200散热，进而保障激光器200的正常工作性能。

实施例二

本发明实施例中还提供了一种焊缝跟踪系统，该焊缝跟踪系统包括控制装置、驱动装置、焊枪以及上述实施一中提供的双目激光焊缝跟踪器。

控制装置与双目激光焊缝跟踪器中电路板500电连接，控制装置用于接收电路板500计算出的偏差信息，并根据偏差信息生成控制信号；驱动装置与控制装置电连接，驱动装置用于在控制信号的控制下矫正焊枪的焊丝相对待焊接焊缝的位置，从而保障焊接的位置精度。

另外，需要说明的是，本申请提供的双目激光焊缝跟踪器，不仅仅是局限于焊接上，在其它领域中，特别是轮廓测量、边界检测中都可以进行应用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，包括：壳体以及设置在所述壳体内的激光器、第一图像采集装置、第二图像采集装置、电路板、窄带滤镜；

所述壳体的底板设置有激光发射孔以及位于所述激光发射孔两侧的图像采集孔，所述图像采集孔的上方设置有与所述激光器同波长的窄带滤镜；

所述第一图像采集装置和第二图像采集装置分别设置在所述壳体两侧位置，所述激光器设置在所述第一图像采集装置和第二图像采集之间；所述激光器能够通过激光发射孔向待焊接焊缝发射激光光线，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别能够通过窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝图像数据；

所述电路板能够接收所述第一图像采集装置和第二图像采集装置采集的图像数据，并利用图像数据计算出焊枪的焊丝到待焊接焊缝的偏差信息，并将所述偏差信息发送至外部控制器。

2.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述激光器设置在所述第一图像采集装置和第二图像采集装置的中部，以使所述第一图像采集装置和第二图像采集装置观测到的激光线处于同一范围。

3.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述底板设置有激光器安装部，所述激光器安装部具有与所述激光发射孔贯通的用以容纳所述激光器的第一安装孔。

4.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述窄带滤镜一端连接所述的壳体侧壁，另一端连接滤镜架，所述滤镜架设置在底板上。

5.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述第一图像采集装置和第二图像采集装置均包括摄像头和支撑架，所述摄像头与所述支撑架连接，所述支撑架与所述壳体连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜分别设置在所述壳体的侧壁上，且反射镜与相对应一侧的所述窄带滤镜具有一定夹角，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别能够通过相对应一侧的反射镜、窄带滤镜、图像采集孔获取激光光线与焊丝的图像数据。

7.根据权利要求6所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述激光器发射的一字形激光线平面与第一图像采集装置、第二图像采集装置接收放射线平面之间角度为22.5±4°。

8.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，还包括防护装置，所述防护装置包括防护镜片和镜片架，所述防护镜片用以使所述激光发射孔和所述图像采集孔的内部与外界隔离，所述镜片架用以将所述防护镜片固定在所述壳体底板的底面。

9.根据权利要求1所述的双目激光焊缝跟踪器，其特征在于，所述壳体上设置有进气孔以及排气孔，所述进气孔连接有气管接头，外部气源通过气管接头向所述壳体内部通入空气并通过排气孔排出，以对激光器散热。

10.一种焊缝跟踪系统，其特征在于，包括控制装置、驱动装置、焊枪以及权利要求1-9任意一项所述的双目激光焊缝跟踪器，所述控制装置与所述双目激光焊缝跟踪器中电路板电连接；

所述控制装置用于接收所述电路板计算出的所述偏差信息，并根据所述偏差信息生成控制信号；所述驱动装置与所述控制装置电连接，所述驱动装置用于在所述控制信号的控制下矫正所述焊枪的焊丝相对所述待焊接焊缝的位置。