CN109158741B - 用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊机设备技术领域，特别涉及一种用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置；各单眼拍摄装置拍摄轴向平行组成复眼阵列，并通过定位框架相互定位固定连接，前置玻璃罩遮罩全部单眼拍摄装置的前端；前置玻璃罩在非工作状态和正常光线下安装，用于防灰防尘以及图像对焦、拼接调试，拍摄焊点时卸下防止光晕影响成像质量；上述单眼拍摄装置由拍摄镜头和滤光筒组成，滤光筒安装在拍摄镜头前端，其中滤光筒包括筒体、镜面内筒、镜面折板、光敏探头、抛物面半透镜、光通量调节器和光通量调节器驱动电机；本发明通过复眼式成像装置和应对其中每个单眼的遮光、滤光、光通量控制装置，实现了不使用滤光护目镜情况下对电弧焊焊点的高质量成像观察功能。

Description

用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置

技术领域：

本发明涉及焊机设备技术领域，特别涉及一种用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置。

背景技术：

在进行手工电弧焊焊接操作时，需要使用护目镜对焊点进行实时观察并修正操作，在焊接机器人进行电弧焊焊接操作时，虽然可以通过工艺参数的一致性来规避反馈调整的必要性，但是在进行小批量样品试制、收集焊接相关的工艺参数时，依然需要对焊点进行观察记录以便于工艺参数的调整优化。

目前对焊接机器人的操作焊点进行监控时，通常使用护目镜遮光拍摄方式或正常拍摄、电子滤光方式。在使用护目镜遮光拍摄方式时，由于遮光镜是对视场内所有通光降低通光量，且本身存在颜色干扰，因此拍摄获得的监控图像会明显色差失真，对电弧下的焊点区域情况展示不完整；在使用正常拍摄、电子滤光方式时，电弧强光易损害光学器件，造成设备损耗。同时，由于单眼镜头前罩的材料杂质、加工精度、表面磨损等问题无法避免，电弧强光直接照射后的漫反射光晕会严重影响对焊点的观察成像。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种不使用滤光护目镜，且对镜头光学器件完善保护的复眼式焊点焊缝实时观察装置。

用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，包括：阵列布置的多个单眼拍摄装置、定位框架和可拆卸的前置玻璃罩；其中，各单眼拍摄装置拍摄轴向平行组成复眼阵列，并通过定位框架相互定位固定连接，前置玻璃罩遮罩全部单眼拍摄装置的前端。

前置玻璃罩在非工作状态和正常光线下安装，用于防灰防尘以及图像对焦、拼接调试，拍摄焊点时卸下防止光晕影响成像质量。

上述单眼拍摄装置由拍摄镜头和滤光筒组成，滤光筒安装在拍摄镜头前端，其中滤光筒包括筒体、镜面内筒、镜面折板、光敏探头、抛物面半透镜、光通量调节器和光通量调节器驱动电机。

筒体为圆管状，内壁涂有吸光黑色涂料，长径比不小于10，前端朝向前置玻璃罩，后端与拍摄镜头连接固定；筒体内由前至后顺次布置镜面内筒、镜面折板、光敏探头、抛物面半透镜、光通量调节器，镜面内筒前端位于筒体前端后侧，镜面内筒前端与筒体前端间距不小于六分之一筒体长度，镜面折板为中央开孔的锥面镜面，安装在镜面内筒后端并向筒体前端方向折起；抛物面半透镜焦点位于抛物面半透镜与镜面内筒之间，光敏探头安装在抛物面半透镜焦点处；光通量调节器由镂空定板与镂空动板组成，镂空定板固定安装在筒体内，镂空动板贴在镂空定板一侧且可绕筒体轴转动，镂空动板与镂空定板上的镂空部可在不同转动角度下相互重合或交错；光通量调节器驱动电机安装在筒体外，与镂空动板有传动连接关系；光通量调节器驱动电机与光敏探头间有控制连接关系。

工作时，大长径比的筒体直接限制拍摄镜头视场，缩小单个单眼拍摄装置的成像范围。进入筒体的光线中，与筒体轴线偏离较大的部分，在筒体内表面上的多次反射过程中被高吸光率的黑色涂料吸收；与筒体轴线偏离较小的部分，经镜面内筒反射后，由镜面折板二次反射使之反向离开，防止因筒体反射次数不足、黑色涂料吸收不尽而造成拍摄镜头成像干扰；经上述滤光后，仅有与筒体轴线趋于平行的光线可穿过筒体进入拍摄镜头成像，其余光线不会照亮筒体后端内表面造成干扰。

成像光线在穿过抛物面半透镜时，部分反射汇聚向焦点处，并使该处光敏探头获取光通量数据，依该数据控制光通量调节器驱动电机，通过转动镂空动板使镂空动板上的镂空部与镂空定板上的镂空部重合或交错，控制实际光通量大小不至于损害拍摄镜头内的光学器件。

优选的，光通量调节器与抛物面半透镜间距不小于六分之一筒体长度，防止光通量调节器前侧的漫反射光线在抛物面半透镜后侧形成镜面反射亮斑，影响成像效果。

优选的，光敏探头通过镂空悬架安装在筒体内，镂空悬架遮蔽光敏探头前端，减轻正向小角度入射光线对光敏探头读数的影响。

优选的，筒体于镂空动板处设置有开口，镂空动板外缘由开口处伸出，并设置有齿条，镂空动板通过该齿条与光通量调节器驱动电机传动连接。进一步的，定位框架为孔板式定位框架、采用非透光材料，安装在筒体之间、位于镂空动板之前，定位框架与筒体间紧密连接，定位框架在该处实现遮光板作用，防止光线由筒体间间隙进入，于开口处进入筒体对成像效果造成不利影响。

本发明通过复眼式成像装置和应对其中每个单眼的遮光、滤光、光通量控制装置，实现了不使用滤光护目镜情况下对电弧焊焊点的高质量成像观察功能。

附图说明：

附图1是用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置的具体实施例结构示意图；

附图2是用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置的具体实施例光通量调节器局部结构示意图。

图中：定位框架1、前置玻璃罩2、拍摄镜头3、筒体4、镜面内筒5、镜面折板6、光敏探头7、抛物面半透镜8、光通量调节器9、镂空定板901、镂空动板902、镂空部903、开口904、齿条905、光通量调节器驱动电机10、镂空悬架11。

具体实施方式：

用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，包括：阵列布置的多个单眼拍摄装置、定位框架1和可拆卸的前置玻璃罩2；其中，各单眼拍摄装置拍摄轴向平行组成复眼阵列，并通过定位框架1相互定位固定连接，前置玻璃罩2遮罩全部单眼拍摄装置的前端。

上述单眼拍摄装置由拍摄镜头3和滤光筒组成，滤光筒安装在拍摄镜头前端，其中滤光筒包括筒体4、镜面内筒5、镜面折板6、光敏探头7、抛物面半透镜8、光通量调节器9和光通量调节器驱动电机10。

筒体4为圆管状，内壁涂有吸光黑色涂料，长径比不小于10:1，前端朝向前置玻璃罩2，后端与拍摄镜头3连接固定；筒体4内由前至后顺次布置镜面内筒5、镜面折板6、光敏探头7、抛物面半透镜8、光通量调节器9，镜面内筒5前端位于筒体4前端后侧，镜面内筒5前端与筒体4前端间距不小于六分之一筒体4长度，镜面折板6为中央开孔的锥面镜面，安装在镜面内筒5后端并向筒体4前端方向折起；抛物面半透镜8焦点位于抛物面半透镜8与镜面内筒5之间，光敏探头7通过镂空悬架11安装在筒体4内抛物面半透镜8焦点处，镂空悬架11遮蔽光敏探头7前端；光通量调节器9与抛物面半透镜8间距不小于六分之一筒体4长度，光通量调节器9由镂空定板901与镂空动板902组成，镂空定板901固定安装在筒体4内，镂空动板902贴在镂空定板901一侧且可绕筒体4轴转动，镂空动板902与镂空定板901上的镂空部903可在不同转动角度下相互重合或交错；光通量调节器驱动电机10安装在筒体4外，筒体4于镂空动板902处设置有开口904，镂空动板902外缘由开口904处伸出，并设置有齿条905，镂空动板902通过该齿条905与光通量调节器驱动电机10传动连接；光通量调节器驱动电机10与光敏探头7间有控制连接关系。

定位框架1为孔板式定位框架、采用非透光材料，安装在筒体4之间、位于镂空动板902之前，定位框架1与筒体4间紧密连接。

Claims (5)

1.用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，其特征在于，包括：阵列布置的多个单眼拍摄装置、定位框架和可拆卸的前置玻璃罩；

其中，各单眼拍摄装置拍摄轴向平行组成复眼阵列，并通过定位框架相互定位固定连接，前置玻璃罩遮罩全部单眼拍摄装置的前端；

上述单眼拍摄装置由拍摄镜头和滤光筒组成，滤光筒安装在拍摄镜头前端，其中滤光筒包括筒体、镜面内筒、镜面折板、光敏探头、抛物面半透镜、光通量调节器和光通量调节器驱动电机；

筒体为圆管状，内壁涂有吸光黑色涂料，长径比不小于10，前端朝向前置玻璃罩，后端与拍摄镜头连接固定；筒体内由前至后顺次布置镜面内筒、镜面折板、光敏探头、抛物面半透镜、光通量调节器，镜面内筒前端位于筒体前端后侧，镜面内筒前端与筒体前端间距不小于六分之一筒体长度，镜面折板为中央开孔的锥面镜面，安装在镜面内筒后端并向筒体前端方向折起；抛物面半透镜焦点位于抛物面半透镜与镜面内筒之间，光敏探头安装在抛物面半透镜焦点处；光通量调节器由镂空定板与镂空动板组成，镂空定板固定安装在筒体内，镂空动板贴在镂空定板一侧且可绕筒体轴转动，镂空动板与镂空定板上的镂空部可在不同转动角度下相互重合或交错；光通量调节器驱动电机安装在筒体外，与镂空动板有传动连接关系；光通量调节器驱动电机与光敏探头间有控制连接关系。

2.如权利要求1所述的用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，其特征在于，所述光通量调节器与抛物面半透镜间距不小于六分之一筒体长度。

3.如权利要求1所述的用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，其特征在于，所述光敏探头通过镂空悬架安装在筒体内，镂空悬架遮蔽光敏探头前端。

4.如权利要求1所述的用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，其特征在于，所述筒体于镂空动板处设置有开口，镂空动板外缘由开口处伸出，并设置有齿条，镂空动板通过该齿条与光通量调节器驱动电机传动连接。

5.如权利要求4所述的用于焊接机器人的复眼式滤弧光焊缝实时观察装置，其特征在于，所述定位框架为孔板式定位框架、采用非透光材料，安装在筒体之间、位于镂空动板之前，定位框架与筒体间紧密连接。

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