CN113399789B - 一种焊接用视觉定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体为一种焊接用视觉定位装置及方法，其包括：焊接装置、夹具、传感器单元、保护盖、遮挡部，传感器单元通过夹具安装在焊接装置的一侧，焊接装置的下端设有焊炬，焊炬的下端设有焊丝，焊丝的下端设有工件，传感器单元包括容纳盒、气体供给口、连接端子一、连接端子二、透光板、投光部、检测部、第一气体流路，容纳盒的上端设有气体供给口、连接端子一、连接端子二，本发明的气幕架滑动设置在挡气板的长方体管道内，通过两端的固定气管的驱动，实现了滑动永磁体的水平往复运动，能够及时清理挡气板，提升了挡气板的使用寿命。

Description

一种焊接用视觉定位装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种焊接用视觉定位装置及方法。

背景技术

以往，对于具有坡口形状的一对铁板等工件通过电弧焊接等而进行对接焊等的焊接时，将焊炬靠近工件(的对接的坡口形状的部分)。在该状态下，向从焊炬供给的焊丝的前端和工件之间施加电压，在它们之间产生电弧。通过这样，焊丝熔化，工件被加热而熔化，能够将工件彼此焊接。

在进行焊接时，焊炬与工件之间的距离或工件的形状，对工件的焊接质量带来影响，由此在现有技术的焊接过程中，需要使用传感器来测量焊炬与工件之间的距离或工件的形状，而焊接产生的热量如果传递到传感器上，可能会影响传感器的测量精度，并且焊接产生的飞溅物也可能会遮挡传感器，造成传感器的测量不准确，现有技术还采用了遮挡部件来对热量和飞溅物进行遮挡，但是遮挡部件需要经常更换，耗时耗力，并且焊接过程中经常需要使用保护气，这些保护气在焊接过程中会吸收大量焊接释放的热量，导致焊接过程中消耗的能量不能完全作用在焊丝和工件上，浪费了大量的能量，焊接领域的这些问题急需改进。

发明内容

因此，本发明正是鉴于以上问题而做出的，本发明提供一种焊接用视觉定位装置及方法，解决焊接中产生的热量和飞溅物影响传感器的测量精度以及遮挡部件的使用寿命不长需要经常更换，以及焊接使用保护气将消耗大量能量等问题。

一种焊接用视觉定位装置，包括：焊接装置、夹具、传感器单元、保护盖、遮挡部，传感器单元通过夹具安装在焊接装置的一侧，焊接装置的下端设有焊炬，焊炬的下端设有焊丝，焊丝的下端设有工件，传感器单元包括容纳盒、气体供给口、连接端子一、连接端子二、透光板、投光部、检测部、第一气体流路，容纳盒的上端设有气体供给口、连接端子一、连接端子二，容纳盒的内部设有投光部及检测部，容纳盒的下端设有两个透光板，容纳盒的下方设有保护盖，容纳盒的内部贯穿设有第一气体流路，保护盖包括：激光射出口，激光接收口，连通口，第二气体流路，第二气体流路上设有激光射出口和激光接收口，保护盖的右端下方设有连通口，第一气体流路与第二气体流路相连通，连通口与遮挡部的上端连通，遮挡部包括：气幕架，清洗装置，导气架，遮挡部的上端设有气幕架，气幕架的下端设有清洗装置，清洗装置的下端设有导气架。

优选的，投光部的一侧设有投射装置，投光部的上方设有激光光源，检测部的上方设有光接收装置，检测部的上方设有检测装置。

优选的，气幕架包括：喷气盒，固定气管，挡气板，喷气盒的上端与连通口连通，喷气盒的下端开设有气幕喷出口，喷气盒的下端的两端分别设有固定气管，固定气管的上端与喷气盒连通，固定气管的下端和挡气板连通，挡气板为一小段朝上倾斜设置的挡板，挡气板的下端水平设置有一段中空的长方体管道，长方体管道的两端均开口，长方体管道两端的开口处均设置有中部同样开口的磁吸体，长方体管道背对焊接区域的一侧的对称位置开设有两个稳压气口。

优选的，清洗装置为一段竖直设置的管道，清洗装置的上端与气幕喷出口连通，清洗装置的下端设置有清洗喷头，清洗装置的下端与清洗喷头连通，清洗喷头上开设有喷洗气孔。

优选的，导气架的两端对称设置有两个导气盒，两个导气盒之间通过两个连接板固定连接，两个导气盒相互靠近的面上开设有驱动气口，导气盒的顶面开设有气管连通口，导气盒侧面开设有稳压气口对接口，连接板内滑动设有滑动永磁体，滑动永磁体与清洗装置的下端设置的磁吸性材料相配合，两个固定气管朝向保护盖下端的面上开设有冲洗气放出孔。

一种焊接用视觉定位装置的方法，包括以下步骤：

S1：焊接时，向从焊炬供给的焊丝的前端和工件之间施加电压，以此在它们之间产生电弧；通过这样，焊丝熔化，在工件产生熔池，能够进行工件的焊接；工件形成有熔池，从右往左移动焊接装置，在工件彼此形成焊接部(焊道)；

S2：遮挡部产生的气幕，将工件焊接时所产生的辐射热之中朝向容纳盒下方的辐射热进行遮蔽；

S3：同时气体供给口通入气体，气体流入保护盖，对保护盖进行冷却；

S4：气流从连通口输入遮挡部，一部分气流从气幕喷出口喷出形成气幕，剩下的气流分别通过固定气管和清洗装置向下输入，一部分从冲洗气放出孔喷出，用于放出气体冲洗保护盖的下端，冲掉保护盖下端的烟尘，保证传感器单元的测量精度；

S5：滑动永磁体可通过磁吸带动清洗装置做往复直线运动，清洗挡气板朝向焊接区域的表面，而清洗装置喷出的气体经过挡气板表面的缓冲失速后缓慢朝着焊接区域排放，能够作为预热过的焊接保护气。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的气幕架、清洗装置、导气架的配合设置，使气流形成气幕阻挡焊接产生的热量和飞溅物，并且不增加动力装置的条件下使清洗装置实现水平往复运动对挡气板朝向焊接区域的表面进行清洗，而清洗装置喷出的气体经过挡气板表面的缓冲失速后缓慢朝着焊接区域排放，能够作为预热过的焊接保护气，从而减少焊接的热量损失，提升焊接效率。

2.本发明的气幕架滑动设置在挡气板的长方体管道内，通过气幕架的自身结构和挡气板的长方体管道的自身结构，通过两端的固定气管的驱动，实现了滑动永磁体的水平往复运动，并且通过磁力带动清洗装置水平往复运动，实现了挡气板朝向焊接区域的表面的清洗与冷却，能够及时清理挡气板，提升了挡气板的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构平面示意图。

图2为本发明的整体结构立体示意图。

图3为本发明的传感器单元和保护盖以及遮挡部的结构示意图。

图4为本发明的遮挡部的内部结构示意图。

图5为本发明的遮挡部的结构示意图。

图6为本发明的遮挡部的拆分示意图。

图7为本发明的滑移导气架和清洗装置的细节结构设置示意图。

图8为本发明的气幕架下端的细节结构设置示意图。

图9为本发明的喷气盒的内部结构示意图。

图10为本发明的冲洗气放出孔冲洗保护盖下表面的结构示意图。

其中1、焊接装置；2、夹具；3、传感器单元；4、保护盖；5、遮挡部；11、焊炬；12、焊丝；31、容纳盒；32、气体供给口；33、连接端子一；34、连接端子二；35、透光板；36、投光部；37、检测部；38、第一气体流路；361、投射装置；362、激光光源；371、光接收装置；372、检测装置；41、激光射出口；42、激光接收口；43、连通口；44、第二气体流路；51、气幕架；52、清洗装置；53、导气架；511、喷气盒；512、固定气管；513、挡气板；5111、气幕喷出口；5121、冲洗气放出孔；5131、稳压气口；5132、磁吸体；521、清洗喷头；522、滑动永磁体；5211、喷洗气孔；531、导气盒；532、连接板；5311、驱动气口；5312、气管连通口；5313、稳压气口对接口。

具体实施方式

本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例。然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例。另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。

如图1所示，一种焊接用视觉定位装置，包括：焊接装置1，夹具2，传感器单元3，保护盖4，遮挡部5；

如图1所示，本实施方式所涉及的传感器单元3，通过夹具2而安装于焊接装置1；焊接装置1的焊炬11供给有焊丝12；焊接时，向从焊炬11供给的焊丝12的前端和工件W之间施加电压，以此在它们之间产生电弧；通过这样，焊丝12熔化，在工件W产生熔池P，能够进行工件W的焊接；工件W形成有熔池P，从右往左移动焊接装置1，在工件W彼此形成焊接部(焊道)B；另外，在图1中，将工件W方便性地作为一个工件而描绘，但是，其是对两个以上的工件彼此进行对接焊、角焊、搭接焊等。焊接方法没有特别的限制。另外，在本实施方式之中，将工件彼此的焊接规定为使用焊丝的电弧焊，除此之外，也可以为例如TIG焊接、电子束焊接、激光束焊接、气焊等其他的焊接；

为了通过焊接装置1对工件W进行稳定地焊接，测量焊炬11与工件W的距离、或工件W的形状是重要的。在此，在本实施方式之中，作为一个例子，通过传感器单元3来测量工件W的形状或者到工件W的距离；

如图1、图2、图3所示，所述传感器单元3，包括：容纳盒31，气体供给口32，连接端子一33，连接端子二34，透光板35，投光部36，检测部37，第一气体流路38；传感器单元3是通过检测的激光(检测光)来测量工件W的形状或(从传感器单元3)到工件W的距离的装置；投光部36用以向焊接工件W的表面投射激光，检测部37用以检测从工件W表面反射的激光，投光部36具备：产生激光的激光光源362；以及将激光光源362产生的激光向工件W投射的投射装置(光学系统)361；

检测部37具备：光接收装置371，该光接收装置371接收被工件W表面反射回来的激光；以及检测装置372，该检测装置372检测从光接收装置371传送来的激光；光接收装置371向检测装置372传送所接收的被工件W表面反射回来的激光；检测装置372，例如是摄像装置(相机)，检测被工件表面W反射回来的激光，并将检测的激光的数据传送到画像处理装置(未图示)，该画像处理装置设置在传感器装置外部或传感器装置内部；画像处理装置测量工件W的形状(状态)或从传感器单元3(具体而言，激光光源362)到工件W的距离，例如，画像处理装置根据测量的距离来换算焊炬11与工件W的距离；

如图1、图2、图3所示，容纳盒31以容纳投光部36和检测部37且使从投光部36发出的投射激光和朝向检测部37的从工件W表面反射的激光能够通过的方式而构成；如果能够使投射激光和反射激光通过，例如也可以是开口状态的，也可以在该开口部分覆盖有投射激光和反射激光能够通过的材料(例如，透明的树脂或玻璃等)制成的透光板35；在本实施方式之中，容纳盒31下方设置有投射激光和反射激光能够通过的透光板35，在容纳盒31的下方设置有保护盖4；

如图5所示，在容纳盒31内，形成有与保护盖4相连通的冲洗用的第一气体流路38；作为第一气体流路38所供给的气体，能够列举空气(大气)、氦气、氩气、氮气、二氧化碳以及这些气体的混合气体等；优选是相对于工件W的焊接部具有化学稳定性的气体，即可用作焊接的保护气的气体；

如图1、图2、图3所示，在容纳盒31的上表面设有：用于输出传感器单元3的检测信号等的连接端子一33；以及用于向传感器单元3供给电力和向传感器单元3输入控制信号等的连接端子二34；而且，在容纳盒31的上表面还设有气体供给口32，该气体供给口32通过第一气体流路38向保护盖4供给气体；此外，在容纳盒31的上表面，还设有显示传感器单元3电源接通、断开等状态的显示灯(图未示)；

如图1、图2、图3、图4所示，所述保护盖4，包括：激光射出口41，激光接收口42，连通口43，第二气体流路44；例如由金属材料或树脂材料构成，从容纳盒31底面侧通过螺丝等紧固件而被安装。通过将保护盖4安装在容纳盒31，形成有与第一气体流路38相连通的第二气体流路44。在第二气体流路44，形成有激光射出口41和激光接收口42，激光射出口41和激光接收口42内设置有能使激光通过的透明板；如图5所示，在保护盖4的右端的下方设置有连通口43，连通口43用于固定安装遮挡部5，并且连通口43与遮挡部5进行连通，保护盖4内的冷却气体从连通口43输入遮挡部5；

如图5-10所示，所述遮挡部5，包括：气幕架51，清洗装置52，导气架53；所述气幕架51，包括：喷气盒511，固定气管512，挡气板513，所述喷气盒511的上端与保护盖4的连通口43连通，喷气盒511的下端开设有气幕喷出口5111，气体从气幕喷出口5111竖直向下喷射形成气幕遮挡焊接产生的热量和飞溅物，喷气盒511的下端的两端部固定设置有两根固定气管512，固定气管512的上端与喷气盒511连通，固定气管512的下端和挡气板513连通，挡气板513为一小段朝上倾斜设置的挡板，用于阻挡气幕直接吹向焊接区域从而影响焊接效果，挡气板513的下端水平设置有一段中空的长方体管道，长方体管道的两端均开口，长方体管道的上端分别与两根固定气管512的下端连通，在长方体管道两端的开口处均设置有中部同样开口的磁吸体5132，所述磁吸体5132能够和磁体相互吸引(例如铁、磁体等材料)，在长方体管道背对焊接区域的一侧的对称位置开设有两个稳压气口5131，在喷气盒511的下端滑动设置有清洗装置52，所述清洗装置52为一段竖直设置的管道，清洗装置52的上端开口，能够使一部分气幕喷出口5111喷出的气体从清洗装置52内通过，清洗装置52的下端设置有清洗喷头521，所述清洗喷头521的形状配适于挡气板513的形状，使清洗喷头521能够在挡气板513朝向焊接区域的表面上沿着面水平的滑动，清洗喷头521与清洗装置52的下端连通，并且与清洗装置52的下端一起滑动设置在挡气板513的长方体管道的上端面上，清洗喷头521上开设有喷洗气孔5211，用于喷出气筒清洗挡气板513朝向焊接区域的表面，挡气板513的长方体管道内水平滑动设置有滑移导气架53，导气架53的两端对称设置有两个导气盒531，两个导气盒531之间通过两个连接板532固定连接，两个导气盒531相互靠近的面上开设有驱动气口5311，导气盒531的顶面上靠近驱动气口5311的位置上开设有气管连通口5312，在导气盒531远离焊接区域的侧面的最边缘的位置开设有稳压气口对接口5313，在两个连接板532之间滑动设置有滑动永磁体522，滑动永磁体522也滑动设置在挡气板513的长方体管道的内部，滑动永磁体522能够与清洗装置52的下端设置的磁吸性材料相互吸引，当滑动永磁体522在挡气板513的长方体管道内水平滑动时，能够通过磁吸力带动清洗装置52在挡气板513的长方体管道的上端水平滑动清洗挡气板513朝向焊接区域的表面；

导气架53在挡气板513的长方体管道内具有两个工作状态：左端的导气盒531贴合挡气板513的长方体管道的左端开口和右端的导气盒531贴合挡气板513的长方体管道的右端开口；当导气架53处于上述第一个工作状态时，左端导气盒531的气管连通口5312恰好对接上左端的固定气管512下方的开口左端导气盒531的稳压气口对接口5313与左端的稳压气口5131错开，右端导气盒531的气管连通口5312与右端的固定气管512下方的开口错开，且右端的固定气管512下方的开口被右端的导气盒531的上表面未开口的区域挡住，右端导气盒531的稳压气口对接口5313恰好与右端的稳压气口5131对接；以此规律当导气架53处于上述第二个工作状态时，导气架53两端的导气盒531与挡气板513的对接方式与第一个工作状态相反，这里不再过多赘述；当导气架53处于上述第一个工作状态时，左端的固定气管512向挡气板513的长方体管道内输入气体，右端的固定气管512被右端的导气盒531堵住，无法向挡气板513的长方体管道内输入气体，所以滑动永磁体522左端的气流推动滑动永磁体522向右滑动，滑动永磁体522右端的气体从右端的稳压气口5131排出，当滑动永磁体522向右滑动接触到右端的导气盒531时，右端的磁吸体5132吸引滑动永磁体522，使滑动永磁体522继续向右运动，滑动永磁体522推动导气架53向右运动，使导气架53变为第二种工作状态，然后左端的固定气管512被堵住，右端的固定气管512输入气流推动滑动永磁体522向左运动，由此滑动永磁体522将在挡气板513的长方体管道内做水平往复直线运动，即滑动永磁体522可通过磁吸带动清洗装置52做往复直线运动，清洗挡气板513朝向焊接区域的表面，而清洗装置52喷出的气体经过挡气板513表面的缓冲失速后缓慢朝着焊接区域排放，能够作为预热过的焊接保护气，从而减少焊接的热量损失，提升焊接效率；两个固定气管512朝向保护盖4下端的面上还开设有冲洗气放出孔5121，用于放出气体冲洗保护盖4的下端，冲掉保护盖4下端的烟尘，保证传感器单元3的测量精度。

一种焊接用视觉定位装置的方法，包括以下步骤：

S1：焊接时，向从焊炬11供给的焊丝12的前端和工件W之间施加电压，以此在它们之间产生电弧；通过这样，焊丝12熔化，在工件W产生熔池P，能够进行工件W的焊接；工件W形成有熔池P，从右往左移动焊接装置1，在工件W彼此形成焊接部(焊道)B；

S2：遮挡部5产生的气幕，将工件W焊接时所产生的辐射热之中朝向容纳盒31下方的辐射热进行遮蔽；

S3：同时气体供给口32通入气体，气体流入保护盖4，对保护盖4进行冷却；

S4：气流从连通口43输入遮挡部5，一部分气流从气幕喷出口5111喷出形成气幕，剩下的气流分别通过固定气管512和清洗装置52向下输入，一部分从冲洗气放出孔5121喷出，用于放出气体冲洗保护盖4的下端，冲掉保护盖4下端的烟尘，保证传感器单元3的测量精度；

S5：滑动永磁体522可通过磁吸带动清洗装置52做往复直线运动，清洗挡气板513朝向焊接区域的表面，而清洗装置52喷出的气体经过挡气板513表面的缓冲失速后缓慢朝着焊接区域排放，能够作为预热过的焊接保护气。

Claims (4)

1.一种焊接用视觉定位装置，包括：焊接装置（1）、夹具（2）、传感器单元（3）、保护盖（4）、遮挡部（5）；其特征在于：所述传感器单元（3）通过夹具（2）安装在焊接装置（1）的一侧，所述焊接装置（1）的下端设有焊炬（11），所述焊炬（11）的下端设有焊丝（12），所述焊丝（12）的下端设有工件（W），所述传感器单元（3）包括容纳盒（31）、气体供给口（32）、连接端子一（33）、连接端子二（34）、透光板（35）、投光部（36）、检测部（37）、第一气体流路（38），所述容纳盒（31）的上端设有气体供给口（32）、连接端子一（33）、连接端子二（34），所述容纳盒（31）的内部设有投光部（36）及检测部（37），所述容纳盒（31）的下端设有两个透光板（35），所述容纳盒（31）的下方设有保护盖（4），所述容纳盒（31）的内部贯穿设有第一气体流路（38），所述保护盖（4）包括：激光射出口（41），激光接收口（42），连通口（43），第二气体流路（44），所述第二气体流路（44）上设有激光射出口（41）和激光接收口（42），所述保护盖（4）的右端下方设有连通口（43），所述第一气体流路（38）与第二气体流路（44）相连通，连通口（43）与遮挡部（5）的上端连通，所述遮挡部（5）包括：气幕架（51），清洗装置（52），导气架（53），所述遮挡部（5）的上端设有气幕架（51），所述气幕架（51）的下端设有清洗装置（52），所述清洗装置（52）的下端设有导气架（53），所述气幕架（51）包括：喷气盒（511），固定气管（512），挡气板（513），所述喷气盒（511）的上端与连通口（43）连通，喷气盒（511）的下端开设有气幕喷出口（5111），喷气盒（511）的下端的两端分别设有固定气管（512），所述固定气管（512）的上端与喷气盒（511）连通，所述固定气管（512）的下端和挡气板（513）连通，所述挡气板（513）为一小段朝上倾斜设置的挡板，挡气板（513）的下端水平设置有一段中空的长方体管道，长方体管道的两端均开口，长方体管道两端的开口处均设置有中部同样开口的磁吸体（5132），长方体管道背对焊接区域的一侧的对称位置开设有两个稳压气口（5131），所述清洗装置（52）为一段竖直设置的管道，清洗装置（52）的上端与气幕喷出口（5111）连通，所述清洗装置（52）的下端设置有清洗喷头（521），清洗装置（52）的下端与清洗喷头（521）连通，清洗喷头（521）上开设有喷洗气孔（5211），所述导气架（53）的两端对称设置有两个导气盒（531），两个导气盒（531）之间通过两个连接板（532）固定连接，两个导气盒（531）相互靠近的面上开设有驱动气口（5311），导气盒（531）的顶面开设有气管连通口（5312），导气盒（531）侧面开设有稳压气口对接口（5313），连接板（532）内滑动设有滑动永磁体（522），滑动永磁体（522）与清洗装置（52）的下端设置的磁吸性材料相配合，两个固定气管（512）朝向保护盖（4）下端的面上开设有冲洗气放出孔（5121）。

2.根据权利要求1所述的一种焊接用视觉定位装置，其特征在于：所述投光部（36）的一侧设有投射装置（361），所述投光部（36）的上方设有激光光源（362）。

3.根据权利要求1所述的一种焊接用视觉定位装置，其特征在于：所述检测部（37）的上方设有光接收装置（371），所述检测部（37）的上方设有检测装置（372）。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种焊接用视觉定位装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：焊接时，向从焊炬（11）供给的焊丝（12）的前端和工件（W）之间施加电压，以此在它们之间产生电弧；通过这样，焊丝（12）熔化，在工件（W）产生熔池P，能够进行工件（W）的焊接；工件（W）形成有熔池P，从右往左移动焊接装置（1），在工件（W）彼此形成焊道B；

S2：遮挡部（5）产生的气幕，将工件（W）焊接时所产生的辐射热之中朝向容纳盒（31）下方的辐射热进行遮蔽；

S3：同时气体供给口（32）通入气体，气体流入保护盖（4），对保护盖（4）进行冷却；

S4：气流从连通口（43）输入遮挡部（5），一部分气流从气幕喷出口（5111）喷出形成气幕，剩下的气流分别通过固定气管（512）和清洗装置（52）向下输入，一部分从冲洗气放出孔（5121）喷出，用于放出气体冲洗保护盖（4）的下端，冲掉保护盖（4）下端的烟尘，保证传感器单元（3）的测量精度；

S5：滑动永磁体（522）可通过磁吸带动清洗装置（52）做往复直线运动，清洗挡气板（513）朝向焊接区域的表面，而清洗装置（52）喷出的气体经过挡气板（513）表面的缓冲失速后缓慢朝着焊接区域排放，能够作为预热过的焊接保护气。

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