CN110230991B - 一种基于psd的实验室用薄板坡口信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置。其技术方案是：本发明的运动控制装置(2)的两端固定在安装架(1)的支撑架(4)的上矩形框架对应的两条短边的中间位置处，光电传感装置(3)的上连接梁(19)的中部与运动控制装置(2)的滑块(9)固定连接。光电传感装置(3)的点激光器(22)与前固定架(20)的长竖直杆下端的点激光器固定架(21)固定连接，后固定架(15)的长竖直杆下端通过振镜固定板(13)固定有振镜(14)，下连接梁(18)的中心位置处固定有PSD模块固定板(17)，PSD模块(16)固定在PSD模块固定板(17)下平面。数据采集卡(23)的一端与PSD传感器(26)的接口连接，另一端与计算机(24)连接。本发明适应性强、操作简便和后续处理数据量小。

Description

一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置

技术领域

本发明属于薄板坡口信号采集装置技术领域。具体涉及一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置。

背景技术

随着合金强度韧性的提高，薄板因其重量轻和强度高被广泛应用于汽车制造、船舶制造和航空航天等领域，而薄板焊接则是实现薄板应用的重要一环。薄板自动焊接是国内外研究的重点，坡口的检测是自动焊接的重要环节，在实际薄板的焊接过程中，两块拟焊接一起的薄板间距小，故坡口采集成为薄板焊接的难点。

“一种焊缝跟踪系统及焊缝跟踪方法”(CN106984926B)专利技术是一种采用CCD相机进行焊缝跟踪的装置，该装置利用线激光器配合CCD采集坡口图像，利用点激光器检测待焊焊板的高度变化，两个激光器使装置结构过于复杂；且每换一次待焊焊板都需要调节一次镜头焦距，操作过程繁杂；该装置采用CCD传感器的机器视觉方法，后续处理数据量大、速度较慢和成本较高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置，该装置适应性强、操作简便和后续处理数据量小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述实验室用薄板坡口信号采集装置由安装架、运动控制装置和光电传感装置组成。运动控制装置固定在安装架的顶部，光电传感装置固定在运动控制装置滑块的上平面。

所述安装架由支撑架和水平梁构成。支撑架由矩形框架和四个竖直梁组成，四个竖直梁分别竖直地固定在矩形框架对应的四角处；水平梁由两个长梁和两个短梁组成，两个短梁沿矩形框架的宽度方向对称地固定在支撑架竖直梁的下部，两个长梁的两端与对应的两个短梁固定连接，两个长梁对称地位于两个短梁的垂直平分线的两侧。

水平梁距离地面的高度为竖直梁高度的0.3～0.4倍。

所述运动控制装置包括电机、电机法兰片、丝杠、滑块、导轨、水平底板和轴承片。

水平底板的两端对应地固定在支撑架的矩形框架两条短边的中间位置处，水平底板的左端和右端与对应的轴承片和电机法兰片固定连接，丝杠的一端安装在轴承片中，电机与电机法兰片固定连接，电机的输出轴穿出电机法兰片通过联轴器与丝杠的另一端连接。导轨固定在水平底板的上平面，滑块的滑槽活动地装在导轨上；滑块设有水平螺孔，滑块的水平螺孔与丝杠螺纹连接；水平螺孔的中心线与导轨平行。

所述光电传感装置由振镜固定板、振镜、后固定架、PSD模块、PSD模块固定板、下连接梁、上连接梁、前固定架、点激光器固定架、点激光器、数据采集卡和计算机组成。

前固定架和后固定架结构相同，均由上水平杆、下水平杆、短竖直杆和长竖直杆组成；上水平杆和下水平杆的一端与短竖直杆的两端对应连接，上水平杆的另一端与长竖直杆的上端固定连接，下水平杆的另一端与长竖直杆的中部水平固定连接；前固定架和后固定架的上水平杆的中间位置处固定有上连接梁，上连接梁固定在运动控制装置的滑块上平面。

前固定架的长竖直杆下端通过点激光器固定架固定有点激光器，后固定架的长竖直杆下端通过振镜固定板固定有振镜。前固定架和后固定架的短竖直杆下端处固定有下连接梁，下连接梁的中心位置处固定有PSD模块固定板，PSD模块固定在PSD模块固定板下平面；点激光器的轴线延长线穿过振镜镜片的中心。

数据采集卡的一端与PSD传感器的接口连接，数据采集卡的另一端与计算机连接，数据采集卡将采集到的坡口信息储存到计算机中。

所述PSD模块由PSD壳体、PSD传感器、转接环和镜头组成。转接环与镜头螺纹连接，转接环的上平面与PSD壳体的下平面通过螺钉固定连接，PSD传感器安装在PSD壳体内。

本装置工作时，将两个待焊焊板放置于水平梁上，点激光器发出的激光投射到振镜上，再反射到待焊焊板表面，经镜头汇聚，在PSD传感器的光敏面形成光斑，通过数据采集卡输出该光斑在PSD传感器光敏面的实时坐标，储存到计算机。振镜以一定转速在设定的范围内做往复摆动，将形成的坡口横截面曲线储存于计算机，用于后续处理。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本发明可以根据坡口的变化，通过控制振镜旋转角度，改变点激光扫描范围，避免移动元件破坏光路，操作简便；

第二、本发明中的基于PSD的技术方案与现有技术的CCD技术方案相比，使用相同功率的激光器，PSD传感器采集的点激光的光强大于CCD传感器中的结构光，PSD传感器采集到的信号干扰更小，所采集的数据准确度高；

第三、本发明中的PSD传感器输出信号为点坐标，故采集的坡口信号为点坐标集，相对图像处理而言，后续信号处理量小；

第四、本发明能通过一个点激光器同时得到坡口信息和待焊焊板表面高度变化，对多种坡口有良好的适应性。

因此，本发明具有适应性强、操作简便和后续处理数据量小的特点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中安装架1的结构示意图；

图3为图1中运动控制装置2的结构示意图；

图4为图1中光电传感装置3的结构示意图；

图5为图4中PSD模块16的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，以便对本发明的具体实施方式和一些细节有更透彻的理解。但所属领域的技术人员可以认识到，对众所周知的结构没有示出或进行详细地描述。

实施例1

一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置。如图1所示，所述实验室用薄板坡口信号采集装置由安装架1、运动控制装置2和光电传感装置3组成。运动控制装置2固定在安装架1的顶部，光电传感装置3固定在运动控制装置2滑块的上平面。

如图2所示，所述安装架1由支撑架4和水平梁5构成。支撑架4由矩形框架和四个竖直梁组成，四个竖直梁分别竖直地固定在矩形框架对应的四角处；水平梁5由两个长梁和两个短梁组成，两个短梁沿矩形框架的宽度方向对称地固定在支撑架4竖直梁的下部，两个长梁的两端与对应的两个短梁固定连接，两个长梁对称地位于两个短梁的垂直平分线的两侧。

水平梁5距离地面的高度为竖直梁高度的0.3～0.4倍。

如图3所示，所述运动控制装置2包括电机6、电机法兰片7、丝杠8、滑块9、导轨10、水平底板11和轴承片12。

水平底板11的两端对应地固定在支撑架4的矩形框架两条短边的中间位置处，水平底板11的左端和右端与对应的轴承片12和电机法兰片7固定连接，丝杠8的一端安装在轴承片12中，电机6与电机法兰片7固定连接，电机6的输出轴穿出电机法兰片7通过联轴器与丝杠8的另一端连接。导轨10固定在水平底板11的上平面，滑块9的滑槽活动地装在导轨10上；滑块9设有水平螺孔，滑块9的水平螺孔与丝杠8螺纹连接；水平螺孔的中心线与导轨10平行。

如图4所示，所述光电传感装置3由振镜固定板13、振镜14、后固定架15、PSD模块16、PSD模块固定板17、下连接梁18、上连接梁19、前固定架20、点激光器固定架21、点激光器22、数据采集卡23和计算机24组成。

前固定架20和后固定架15结构相同，均由上水平杆、下水平杆、短竖直杆和长竖直杆组成；上水平杆和下水平杆的一端与短竖直杆的两端对应连接，上水平杆的另一端与长竖直杆的上端固定连接，下水平杆的另一端与长竖直杆的中部水平固定连接；前固定架20和后固定架15的上水平杆的中间位置处固定有上连接梁19，上连接梁19固定在运动控制装置2的滑块9上平面。

前固定架20的长竖直杆下端通过点激光器固定架21固定有点激光器22，后固定架15的长竖直杆下端通过振镜固定板13固定有振镜14。前固定架20和后固定架15的短竖直杆下端处固定有下连接梁18，下连接梁18的中心位置处固定有PSD模块固定板17，PSD模块16固定在PSD模块固定板17下平面；点激光器22的轴线延长线穿过振镜14镜片的中心。

数据采集卡23的一端与PSD传感器26的接口连接，数据采集卡23的另一端与计算机24连接，数据采集卡23将采集到的坡口信息储存到计算机24中。

如图5所示，所述PSD模块16由PSD壳体25、PSD传感器26、转接环27和镜头28组成；转接环27与镜头28螺纹连接，转接环27的上平面与PSD壳体25的下平面通过螺钉固定连接，PSD传感器26安装在PSD壳体25内。

本装置工作时，将两个待焊焊板放置于水平梁5上，点激光器22发出的激光投射到振镜14上，再反射到待焊焊板表面，经镜头28汇聚，在PSD传感器26的光敏面形成光斑，通过信号采集卡23输出该光斑在PSD传感器26光敏面的实时坐标，储存到计算机24。振镜14以一定转速在设定的范围内做往复摆动，将形成的坡口横截面曲线储存于计算机24，用于后续处理。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本具体实施方式可以根据坡口的变化，通过控制振镜14旋转角度，改变点激光扫描范围，避免移动元件破坏光路，操作简便；

第二、本具体实施方式中的基于PSD的技术方案与现有技术的CCD技术方案相比，使用相同功率的激光器，PSD传感器26采集的点激光的光强大于CCD传感器中的结构光，PSD传感器26采集到的信号干扰更小，所采集的数据准确度高；

第三、本具体实施方式中的PSD传感器26输出信号为点坐标，故采集的坡口信号为点坐标集，相对图像处理而言，后续信号处理量小；

第四、本具体实施方式能通过一个点激光器22同时得到坡口信息和待焊焊板表面高度变化，对多种坡口有良好的适应性。

因此，本具体实施方式具有适应性强、操作简便和后续处理数据量小的特点。

Claims (1)

1.一种基于PSD的实验室用薄板坡口信号采集装置，其特征在于，所述实验室用薄板坡口信号采集装置由安装架(1)、运动控制装置(2)和光电传感装置(3)组成；运动控制装置(2)固定在安装架(1)的顶部，光电传感装置(3)固定在运动控制装置(2)滑块的上平面；

所述安装架(1)由支撑架(4)和水平梁(5)构成；支撑架(4)由矩形框架和四个竖直梁组成，四个竖直梁分别竖直地固定在矩形框架对应的四角处；水平梁(5)由两个长梁和两个短梁组成，两个短梁沿矩形框架的宽度方向对称地固定在支撑架(4)竖直梁的下部，两个长梁的两端与对应的两个短梁固定连接，两个长梁对称地位于两个短梁的垂直平分线的两侧；

水平梁(5)距离地面的高度为竖直梁高度的0.3～0.4倍；

所述运动控制装置(2)包括电机(6)、电机法兰片(7)、丝杠(8)、滑块(9)、导轨(10)、水平底板(11)和轴承片(12)；

水平底板(11)的两端对应地固定在支撑架(4)的矩形框架两条短边的中间位置处，水平底板(11)的左端和右端与对应的轴承片(12)和电机法兰片(7)固定连接，丝杠(8)的一端安装在轴承片(12)中，电机(6)与电机法兰片(7)固定连接，电机(6)的输出轴穿出电机法兰片(7)通过联轴器与丝杠(8)的另一端连接；导轨(10)固定在水平底板(11)的上平面，滑块(9)的滑槽活动地装在导轨(10)上；滑块(9)设有水平螺孔，滑块(9)的水平螺孔与丝杠(8)螺纹连接；水平螺孔的中心线与导轨(10)平行；

所述光电传感装置(3)由振镜固定板(13)、振镜(14)、后固定架(15)、PSD模块(16)、PSD模块固定板(17)、下连接梁(18)、上连接梁(19)、前固定架(20)、点激光器固定架(21)、点激光器(22)、数据采集卡(23)和计算机(24)组成；

前固定架(20)和后固定架(15)结构相同，均由上水平杆、下水平杆、短竖直杆和长竖直杆组成，上水平杆和下水平杆的一端与短竖直杆的两端对应连接，上水平杆的另一端与长竖直杆的上端固定连接，下水平杆的另一端与长竖直杆的中部水平固定连接；前固定架(20)和后固定架(15)的上水平杆的中间位置处固定有上连接梁(19)，上连接梁(19)固定在运动控制装置(2)的滑块(9)上平面；

前固定架(20)的长竖直杆下端通过点激光器固定架(21)固定有点激光器(22)，后固定架(15)的长竖直杆下端通过振镜固定板(13)固定有振镜(14)；前固定架(20)和后固定架(15)的短竖直杆下端处固定有下连接梁(18)，下连接梁(18)的中心位置处固定有PSD模块固定板(17)，PSD模块(16)固定在PSD模块固定板(17)下平面；点激光器(22)的轴线延长线穿过振镜(14)镜片的中心；

数据采集卡(23)的一端与PSD传感器(26)的接口连接，数据采集卡(23)的另一端与计算机(24)连接，数据采集卡(23)将采集到的坡口信息储存到计算机(24)中；

所述PSD模块(16)由PSD壳体(25)、PSD传感器(26)、转接环(27)和镜头(28)组成；转接环(27)与镜头(28)螺纹连接，转接环(27)的上平面与PSD壳体(25)的下平面通过螺钉固定连接，PSD传感器(26)安装在PSD壳体(25)内。