CN110530884A - 激光焊保护镜片缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，保护镜片设置于激光焊焊枪镜片组的最前端；焊枪的最前端设置出光光阑；包括镜片托架、光源、相机和控制器；镜片托架用于固定保护镜片，其以可拆卸的方式安装在激光焊焊枪上；光源设置于保护镜片和出光光阑之间，用于均匀照亮保护镜片的待测区域，其安装位置为镜片托架的侧壁、焊枪的内壁或单独的镜片托架；相机安装于激光焊焊枪的内部或外部，用于采集保护镜片的图像；控制器与光源电连接，能控制光源的开闭；控制器与相机电连接，能接收相机采集到的图像，并对图像进行处理，获知镜片是否存在缺陷，并将结果输出。该装置在保护镜片附近合适的位置增加光源，能有效提高检测结果的准确性。

Description

激光焊保护镜片缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及光学设计与检测领域，具体涉及一种激光焊保护镜片缺陷检测装置。
背景技术
现今激光焊技术被广泛应用于生产制造业，特别是在精密加工制造中。为了防止外部粉尘、飞溅物进入焊枪内部，在焊接头处设置有保护镜片，在保护镜片前端设置有尺寸更小的透光孔，激光焊枪内部为封闭的“暗箱”，作业时的高温会产生“火花”飞溅，飞溅物会随机性地粘附在激光焊头内的保护镜片上，导致激光束的光路受阻，造成焊接质量的下降。
针对此问题，目前有的采用测量激光器输出功率的方法，有的通过判断镜片的温度变化进行检测，但这些方法都不够直观，无法得到飞溅物的具体分布情况。专利CN107643296B提供了一种同轴光照明的检测方法、专利CN109211939A提供了一种激光焊保护镜片的缺陷检测装置、模块及检测方法、专利CN110044849A提供了一种半封闭腔体内部缺陷检测装置；它们均采用图像检测，实现对保护镜片表面缺陷的智能化识别，提高了检测精度，但其均采用外部光源从透光孔向焊枪内部投射光线，照射保护镜片，光路容易受到焊枪内部镜片组的影响，采集的图像会存在光斑或测量区域过小的情况。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，将光源设置在保护镜片和透光孔之间，消除使用外部光源易于在图像上形成光斑缺陷、影响检测结果的问题。同时，根据图像检测结果，能够实现对镜片的快速更换。
为此，本发明的技术方案如下：
一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，保护镜片设置于激光焊焊枪镜片组的前端，用于防止焊枪内镜片被焊接飞溅物污染；焊枪的最前端设置出光光阑，供焊接使用的激光和用于引导位置的指示光通过；包括镜片托架、光源、相机和控制器；
所述镜片托架用于固定所述保护镜片，其以可拆卸的方式安装在激光焊焊枪上；
所述光源设置于保护镜片和出光光阑之间，用于均匀照亮所述保护镜片的待测区域，其安装位置为镜片托架的侧壁、焊枪的内壁或单独的镜片托架；
所述相机安装于激光焊焊枪的内部或外部，用于采集所述保护镜片的图像；
所述控制器与光源电连接，能控制光源的开闭；所述控制器与相机电连接，能接收所述相机采集到的图像，并对图像进行处理，获知镜片是否存在缺陷，并将结果输出。
进一步：所述光源为LED灯，优选为侧向发光LED，此时，LED灯两侧均设置有具有遮光作用的部件，用于防止LED灯的光线直接进入相机或照射到被保护镜片或出光光阑上；
所述具有遮光作用的部件为单独设置的遮光板、LED灯安装位置设置的凸起、镜片托架上对应位置起到遮光作用的部件。使用时，该具有遮光作用的部件中的一个可以为PCB板，用于为LED灯供电。
在LED灯两侧使用具有遮光作用的部件的目的是：①避免LED灯发射的光直接照射到相机镜头上或者照射到出光光阑上。因为保护镜片对大部分波段光的反射率比较高，有镜面效应，使得出光光阑在相机内产生成像，这会影响测量结果。②避免LED灯发射的光直接照射到被保护镜片上，这是因为被保护镜片表面有一定曲率，光照射到其表面可能通过镜面反射直接进入相机镜头，而一般镜面反射的光会比散射的光强很多，会造成部分区域光过爆，导致局部区域不可被检测。
更进一步：所述具有遮光作用的部件与LED灯之间的位置分别满足如下条件：
或
d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；h1为保护镜片与被保护镜片之间的距离；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离。
更进一步：所述LED灯与保护镜片在焊枪轴向方向上的位置关系满足如下条件：
其中：ht为LED灯与保护镜片的间距；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离；d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；D为保护镜片上待测区域的直径。
进一步，所述光源为线激光器，数量有一个或多个；设置于镜片托架内，其线宽大于等于保护镜片的厚度；优选，所述线激光器的波长不同于焊接激光的波长，更优选为可见光；
当线激光器为一个时，所述线激光器的发散角θ满足：其中，D为保护镜片上待测区域的直径，d4为线激光器与保护镜片中心之间的距离；
当线激光器为多个时，各线激光器的发散角之和不小于180°。
进一步，为了实现光照均匀，所述光源沿周向均匀设置有2～8个，其位置所在圆的圆心位于焊枪的轴线上。
进一步，当相机安装在出光光阑的外侧时，所述相机的镜头焦距f满足以下条件：
其中，D靶面为相机靶面的短边长度；D为保护镜片上待测区域的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h4为相机与出光光阑之间的距离。更进一步，相机镜头与出光光阑之间的距离h4满足如下条件：
其中，D为保护镜片上待测区域的直径；d5为出光光阑中孔的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离。
进一步，所述相机安装于激光焊焊枪的内部，在相机镜头前端设置窄带滤光片；所述窄带滤光片的带宽5～20nm。该窄带滤光片用于避免焊接过程中产生的电弧光对检测图像产生影响，当焊接过程中依然需要进行进行缺陷检测时，需要使用窄带滤光片。
进一步，所述相机安装在被保护镜片一侧的外面，位于激光焊焊枪光路内分光镜的单侧；保护镜片表面的飞溅物反射光进入焊枪内部光路后，穿过分光镜进入相机镜头；所述相机镜头前端加装有窄带滤光片，避免电弧光对检测结果的影响。该分光镜有两个作用：①用于透过从保护镜片侧反射而来的光线，②用于将激光焊使用的激光反射入预设光路。
本申请提供一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，其在保护镜片附近合适的位置增加光源，有效提高了检测图像的质量，有利于提高检测结果准确性。
附图说明
图1为实施例1结构示意图；
图2为实施例1中其中一个LED灯与遮光板位置关系示意图；
图3为相机安装于激光焊焊枪的内部示意图；
图4为相机安装在被保护镜片一侧的外面示意图；
图5为实施例2中单个线激光器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，保护镜片设置于激光焊焊枪镜片组的前端，用于防止焊枪内镜片被焊接飞溅物污染；焊枪的最前端设置出光光阑5，供焊接使用的激光和用于引导位置的指示光通过；包括镜片托架4、光源3、相机6和控制器；
镜片托架用于固定保护镜片2，其以可拆卸的方式安装在激光焊焊枪上；
光源3设置于保护镜片和出光光阑之间，用于均匀照亮保护镜片的待测区域，其安装位置为镜片托架的侧壁、焊枪的内壁或单独的镜片托架；作为一种实施方式，光源选择LED灯，优选为侧向发光LED；
LED灯两侧设置具有遮光作用的部件，用于防止LED灯的光线直接进入相机6或照射到被保护镜片或出光光阑5上；具有遮光作用的部件为单独设置的遮光板、LED灯安装位置设置的凸起、镜片托架上对应位置起到遮光作用的部件9。使用时，该具有遮光作用的部件中的一个可以为PCB板，用于为LED灯供电；
具有遮光作用的部件9与LED灯之间的位置分别满足如下条件：
或
d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；h1为保护镜片与被保护镜片之间的距离；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离；
LED灯与保护镜片在焊枪轴向方向上的位置关系满足如下条件：
其中：ht为LED灯与保护镜片的间距；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离；d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；D为保护镜片上待测区域的直径；
相机6安装于激光焊焊枪的内部或外部，用于采集保护镜片的图像；
控制器与光源电连接，能控制光源的开闭；控制器与相机电连接，能接收相机采集到的图像，并对图像进行处理，获知镜片是否存在缺陷，并将结果输出。
在LED灯两侧使用具有遮光作用的部件的目的是：①避免LED灯发射的光直接照射到相机镜头上或者照射到出光光阑上。因为保护镜片对大部分波段光的反射率比较高，有镜面效应，使得出光光阑在相机内产生成像，这会影响测量结果。②避免LED灯发射的光直接照射到被保护镜片上，这是因为被保护镜片表面有一定曲率，光照射到其表面可能通过镜面反射直接进入相机镜头，而一般镜面反射的光会比散射的光强很多，会造成部分区域光过爆，导致局部区域不可被检测。
作为本实施例的变形，为了实现光照均匀，LED灯可以有一个，也可以有多个(可以为有2～8个)，分别沿周向均匀设置，其位置所在圆的圆心位于焊枪的轴线上。
实施例2
一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，保护镜片设置于激光焊焊枪镜片组的最前端，用于防止焊枪内镜片被焊接飞溅物污染；焊枪的最前端设置出光光阑5，供焊接使用的激光和用于引导位置的指示光通过；包括镜片托架4、光源3、相机6和控制器；
镜片托架4用于固定保护镜片，其以可拆卸的方式安装在激光焊焊枪上；
光源设置于保护镜片和出光光阑5之间，用于均匀照亮保护镜片的待测区域，其安装位置为镜片托架的侧壁、焊枪的内壁或单独的镜片托架；作为另一种实施方式，光源3为线激光器，数量有一个或多个；设置于镜片托架内，其线宽大于等于保护镜片的厚度；优选，线激光器的波长不同于焊接激光的波长，更优选为可见光；
当线激光器为一个时，线激光器的发散角θ满足：其中，D为保护镜片上待测区域的直径，d4为线激光器与保护镜片中心之间的距离；
当线激光器为多个时，各线激光器的发散角之和不小于180°；
相机安装于激光焊焊枪的内部或外部，用于采集保护镜片的图像；
控制器与光源3电连接，能控制光源的开闭；控制器与相机电连接，能接收相机采集到的图像，并对图像进行处理，获知镜片是否存在缺陷，并将结果输出。
实施例1、2中并未限定相机的具体安装位置，其可依据具体光路利用现有方法进行设计，只要能采集到保护镜片的图像即可。其可以安装在激光焊焊枪的内侧，也可以安装在外侧。也可以通过满足以下条件，确定安装位置，自然基于此种设计思路，简单变换也是可以满足使用需求的。
(1)当相机安装在出光光阑5的外侧时(如图2所示)，相机的镜头焦距f满足以下条件：
其中，D靶面为相机靶面的短边长度；D为保护镜片上待测区域的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h4为相机与出光光阑之间的距离；
同时，相机镜头与出光光阑之间的距离h4满足如下条件：
其中，D为保护镜片上待测区域的直径；d5为出光光阑中孔的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离。
(2)当相机6安装于激光焊焊枪的内部(如图3所示)，在相机镜头前端设置窄带滤光片7；窄带滤光片的带宽5～20nm。该窄带滤光片7用于避免焊接过程中产生的电弧光对检测图像产生影响，当焊接过程中依然需要进行进行缺陷检测时，需要使用窄带滤光片。
(3)当相机安装在被保护镜片一侧的外面(如图4所示)，位于激光焊焊枪光路内分光镜的单侧；保护镜片表面的飞溅物反射光进入焊枪内部光路后，穿过分光镜进入相机镜头；相机镜头前端加装有窄带滤光片，避免电弧光对检测结果的影响。该分光镜有两个作用：①用于透过从保护镜片侧反射而来的光线，②用于将激光焊使用的激光反射入预设光路。
本发明提供的技术方案的原理为：光源发出的光照射在保护镜片上，若保护镜片的表面是干净的，那么光在保护镜片上产生镜面反射，照射到激光焊接头的侧壁上，侧壁是黑色，光被侧壁吸收，此时保护镜片在在相机中显示为灰度接近0的低灰度区；如果保护镜片的表面有飞溅脏污，则照射到“飞溅物”上的光将向各个方向散射，部分光将进入相机镜头，从而“飞溅物”在相机中显示为高灰度区域。对相机采集到的图像进行处理，即可得知镜片表面是否存在缺陷。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种激光焊保护镜片缺陷检测装置，保护镜片设置于激光焊焊枪镜片组的前端，用于防止焊枪内镜片被焊接飞溅物污染；焊枪的最前端设置出光光阑，供焊接使用的激光和用于引导位置的指示光通过；
其特征在于：包括镜片托架、光源、相机和控制器；
所述镜片托架用于固定所述保护镜片，其以可拆卸的方式安装在激光焊焊枪上；
所述光源设置于保护镜片和出光光阑之间，用于均匀照亮所述保护镜片的待测区域，其安装位置为镜片托架的侧壁、焊枪的内壁或单独的镜片托架；
所述相机安装于激光焊焊枪的内部或外部，用于采集所述保护镜片的图像；
所述控制器与光源电连接，能控制光源的开闭；所述控制器与相机电连接，能接收所述相机采集到的图像，并对图像进行处理，获知镜片是否存在缺陷，并将结果输出。
2.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述光源为LED灯，优选为侧向发光LED，所述LED灯两侧均设置有具有遮光作用的部件，用于防止LED灯的光线直接进入相机或照射到被保护镜片或出光光阑上；
所述具有遮光作用的部件为单独设置的遮光板、LED灯安装位置设置的凸起、镜片托架上对应位置起到遮光作用的部件。
3.如权利要求2所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述具有遮光作用的部件与LED灯之间的位置分别满足如下条件：
或
d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；h1为保护镜片与被保护镜片之间的距离；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离。
4.如权利要求2所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述LED灯与保护镜片在焊枪轴向方向上的位置关系满足如下条件：
其中：ht为LED灯与保护镜片的间距；h3为两片具有遮光作用的部件之间的距离；d1为保护镜片的直径；d2为靠近被保护镜片侧的部件边沿与LED灯之间的距离；d3为远离被保护镜片侧的部件的边沿与LED灯之间的距离；D为保护镜片上待测区域的直径。
5.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述光源为线激光器，数量有一个或多个；设置于镜片托架内，其线宽大于等于保护镜片的厚度；优选，所述线激光器的波长不同于焊接激光的波长，更优选为可见光；
当线激光器为一个时，所述线激光器的发散角θ满足：其中，D为保护镜片上待测区域的直径，d4为线激光器与保护镜片中心之间的距离；
当线激光器为多个时，各线激光器的发散角之和不小于180°。
6.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述光源沿周向均匀设置有2～8个，其位置所在圆的圆心位于焊枪的轴线上。
7.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：当相机安装在出光光阑的外侧时，所述相机的镜头焦距f满足以下条件：
其中，D靶面为相机靶面的短边长度；D为保护镜片上待测区域的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离；h4为相机与出光光阑之间的距离。
8.如权利要求7所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述相机安装于激光焊焊枪的外部，相机镜头与出光光阑之间的距离h4满足如下条件：
其中，D为保护镜片上待测区域的直径；d5为出光光阑中孔的直径；h2为保护镜片与出光光阑之间的距离。
9.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述相机安装于激光焊焊枪的内部，在相机镜头前端设置窄带滤光片；所述窄带滤光片的带宽5～20nm。
10.如权利要求1所述激光焊保护镜片缺陷检测装置，其特征在于：所述相机安装在被保护镜片一侧的外面，位于激光焊焊枪光路内分光镜的单侧；保护镜片表面的飞溅物反射光进入焊枪内部光路后，穿过分光镜进入相机镜头；所述相机镜头前端加装有窄带滤光片，避免电弧光对检测结果的影响。
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