CN204545670U - 一种窄间隙焊缝跟踪激光传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种窄间隙焊缝跟踪激光传感器，包括横截面为T形的T形传感器外壳，T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于窄间隙焊缝的宽度，T形传感器外壳内安装有线状激光器及光学部件。T形传感器外壳的下方薄板状部分的底部设有U形窗口和长方形摄像窗口，线状激光器的激光发出端与U形窗口相对，光学部件的图像获取端与长方形摄像窗口相对。能够对50mm以上大厚板窄间隙坡口焊缝，尤其是对窄间隙坡口焊缝底部轮廓进行有效高精度跟踪。

Description

一种窄间隙焊缝跟踪激光传感器

技术领域

本实用新型涉及一种焊缝跟踪激光传感器，尤其涉及一种窄间隙焊缝跟踪激光传感器。

背景技术

现有用于焊缝跟踪的光学传感器的原理主要基于光学测距原理，这类光学传感器的主要部件一般包括线形、多线形或异形半导体激光器，光学透镜元件及光路结构部件，CCD或CMOS感光器件及芯片组电路，图像采集、处理与控制电路。其原理是通过线形半导体激光器发出线状激光，将线状激光投射到被检测对象的表面，在被照射表面产生漫反射，将感光器件以一定角度放置于投射有线状激光的被检测对象上方某些合适位置，感光器件前方通过光路结构设计合理放置光学透镜元件用于图像的对焦及滤波，线状激光在被测对象表面的漫反射以图像方式通过光学透镜光路被感光器件所捕获，此图像即为被检测对象的表面轮廓。当线状激光在被检测对象表面掠过，此过程中被检测对象的表面轮廓随之变化，通过图像采集、处理后即可获得焊缝的轮廓参数及偏移信息。

现有的焊缝跟踪光学传感器通常被置于被检测焊缝上方约50mm-100mm高度位置，对焊缝坡口深度要求不超过50mm，如焊缝过深由于投射的线状激光在坡口底部的反射超出了感光器件的采集范围，因而不能对焊缝坡口底部进行跟踪。目前在进行厚板及超厚板的窄间隙焊缝焊接时，通常采用人工观察手动调整方式和电弧跟踪自动调整方式，这两种焊缝跟踪调整方法在实际施工中均存在问题，如不能保证较高的跟踪精度、可靠性一般。因此，目前缺少对于50mm以上大厚板窄间隙坡口焊缝的有效高精度跟踪方法及设备。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够对50mm以上大厚板窄间隙坡口焊缝进行有效高精度跟踪的窄间隙焊缝跟踪激光传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，包括横截面为T形的T形传感器外壳，所述T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于窄间隙焊缝的宽度，所述T形传感器外壳内安装有线状激光器及光学部件。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，由于包括横截面为T形的T形传感器外壳，T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于窄间隙焊缝的宽度，T形传感器外壳内安装有线状激光器及光学部件，能够对50mm以上大厚板窄间隙坡口焊缝，尤其是对窄间隙坡口焊缝底部轮廓进行有效高精度跟踪，解决了现有50mm以上大厚板的窄间隙坡口焊缝的有效高精度跟踪问题，尤其是解决对窄间隙坡口焊缝底部轮廓的高精度跟踪问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的窄间隙焊缝跟踪激光传感器的外形结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的窄间隙焊缝跟踪激光传感器的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的窄间隙焊缝跟踪激光传感器的内部光路反射示意图；

图4为本实用新型实施例提供的窄间隙焊缝跟踪激光传感器与焊枪安装后进行焊接跟踪的示意图。

图中：

1、T形传感器外壳，2、线状激光器，3、U形窗口，4、摄像窗口，5、微型光学镜片，6、微型三梭镜片，7、光学镜片，8、光学列阵传感器电路，9、多芯通信接头，11、窄间隙焊缝跟踪激光传感器，12、窄间隙焊枪，13、焊缝底部线状激光带，14、半剖视的大厚板窄间隙焊缝。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其较佳的具体实施方式是：

包括横截面为T形的T形传感器外壳，所述T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于窄间隙焊缝的宽度，所述T形传感器外壳内安装有线状激光器及光学部件。

所述T形传感器外壳的下方薄板状部分的底部设有U形窗口和长方形摄像窗口，所述线状激光器的激光发出端与所述U形窗口相对，所述光学部件的图像获取端与所述长方形摄像窗口相对。

所述光学部件包括3个微型光学镜片、2个微型三梭镜片和1个光学镜片，所述光学镜片的斜上方设有光学列阵传感器电路。

所述T形传感器外壳设有多芯通信接头，所述光学列阵传感器电路与所述多芯通信接头连接。

所述光学部件还包含若干光学滤光片和干涉光片。

所述T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于或等于10mm，所述窄间隙焊缝宽度大于或等于12mm，所述窄间隙焊缝深度小于或等于140mm。

本实用新型的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，能够对50mm以上大厚板窄间隙坡口焊缝，尤其是对窄间隙坡口焊缝底部轮廓进行有效高精度跟踪，解决了现有50mm以上大厚板的窄间隙坡口焊缝的有效高精度跟踪问题，尤其是解决对窄间隙坡口焊缝底部轮廓的高精度跟踪问题。

本实用新型的有益效果为：

特殊设计的T形传感器外壳下部的薄板状部分可插入到焊缝宽度不小于12mm、焊缝深度不超过140mm的窄间隙焊缝中，在T形传感器外壳下部的薄板状部分内部紧密布置并固定有线状激光器及微型光学镜片组，透过U形窗口，可将线状激光投射到窄间隙焊缝底部并产生漫反射，形成焊缝底部的结构光轮廓图像通过摄像窗口反射上传至光学列阵传感器上，通过图像预处理及后处理，可实现对大厚板窄间隙坡口焊缝几何参数的实时提取，经与焊枪的合理安装，可实现窄间隙坡口底部焊缝的焊接跟踪。

具体实施例：

如图1、图2、3所示，包括：

T形传感器外壳、线状激光器、U形窗口、摄像窗口、微型光学镜片、微型三梭镜片、光学镜片、光学列阵传感器电路及多芯通信接头；T形传感器外壳的横截面呈T形，线状激光器、光路组件及光学列阵传感器电路等部件均被紧密固定在T形传感器外壳内；线状激光器被放置在T形传感器外壳下部薄板状部分内，线状激光器的激光发射端正对传感器薄板状部分最底部的U形窗口；U形窗口后方有一长方形摄像窗口，由3片微型光学镜片、2片微型三梭镜片及一片光学镜片或一组光学滤镜片组成的光路被布置在形像窗口上方，线状激光器投射在窄间隙坡口焊缝底部的轮廓图像通过漫反射反射到上述与摄像窗口承一定角度放置的光路中，通过光路的反射透射可将图像完整地投射到光路上方的光学列阵传感器电路上；光学列阵传感器电路对图像数据进行预处理后将数字信息通过多芯通信接头向上传递给图像采集与控制器，进行深度处理后可实时获得焊缝底部的各项参数，与焊枪配合可完成窄间隙坡口焊缝的跟踪。

如图1至图3所示，该窄间隙焊缝跟踪激光传感器的具体结构包括：T形传感器外壳1、线状激光器2、U形窗口3、摄像窗口4、微型光学镜片5、微型三梭镜片6、光学镜片7、光学列阵传感器电路8、多芯通信接头9。

如图4所示，该窄间隙焊缝跟踪激光传感器进行焊缝跟踪时与焊枪的关系包括：11、窄间隙焊缝跟踪激光传感器，12、窄间隙焊枪，13、焊缝底部线状激光带，14、半剖视的大厚板窄间隙焊缝。

T形传感器外壳1的下方薄板状部分的宽度小于10mm，其中，前方固定有线状激光器2，线状激光器2的激光发出端与T形传感器外壳1下方薄板部分底部的U形窗口3相对，其所发射出的线状激光可透过U形窗口3后打在半剖视的大厚板窄间隙焊缝14的焊缝底部及两侧壁上；

T形传感器外壳1的U形窗口3后方，开设有一长方形摄像窗口4，投射到焊缝底部的线状激光带经漫反射后部分透过摄像窗口4反射到微型光学镜片5上；

由上述3个微型光学镜片5、2个微型三梭镜片6及1个光学镜片7构成了此窄间隙焊缝跟踪激光传感器11的光路镜片组，可将透过摄像窗口4反射到微型光学镜片5上的线状激光带图像完整的向上传递，最终投射到光学镜片7斜上方的光学列阵传感器电路8的光学列阵传感器上；

上述光学镜片7还可由光学镜片组代替，光学镜片组中除光学镜片7外还可包含若干光学滤光片和干涉光片，可使投射到上述光学列阵传感器电路8上的图像质量更为清晰。

当线状激光带形成的窄间隙焊缝底部的轮廓图像被投射到上述光学列阵传感器电路8的光学列阵传感器上后，传感器电路可对图像进行初步处理，将处理结果以数字信号的方式通过多芯通信接头9上传至图像采集控制器中，进行后续的处理。

本实用新型传感器的工作过程如下：

T形传感器外壳1内的线状激光器2发出线状激光，通过T形传感器外壳1下方薄板部分底部的U形窗口3投射到半剖视的大厚板窄间隙焊缝14的焊缝底部及两侧壁上，经漫反射后形成的焊缝底部轮廓图像透过摄像窗口4，反射到由3个微型光学镜片5、2个微型三梭镜片6及1个光学镜片7构成的光路镜片组，经过光路镜片组的反射透射，最终可将透过摄像窗口4的线状激光带图像完整的向上传递，投射到光学镜片7斜上方的光学列阵传感器电路8的光学列阵传感器上，这时，光学列阵传感器电路8可对图像进行初步处理，将处理结果以数字信号的方式通过多芯通信接头9上传至图像采集控制器中，进行后续的处理。

进行窄间隙坡口焊缝的跟踪时，将窄间隙焊缝跟踪激光传感器11的薄板状部分插入窄间隙坡口中，底部与焊缝底部保持25mm-30mm高度距离，将窄间隙焊枪12置于窄间隙焊缝跟踪激光传感器11后方，由窄间隙焊缝跟踪激光传感器11获得的实时焊缝底部参数，如横向偏移、高度偏移等，可用于调整焊枪位置，完成焊缝跟踪过程。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，包括横截面为T形的T形传感器外壳，所述T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于窄间隙焊缝的宽度，所述T形传感器外壳内安装有线状激光器及光学部件。

2.根据权利要求1所述的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，所述T形传感器外壳的下方薄板状部分的底部设有U形窗口和长方形摄像窗口，所述线状激光器的激光发出端与所述U形窗口相对，所述光学部件的图像获取端与所述长方形摄像窗口相对。

3.根据权利要求2所述的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，所述光学部件包括3个微型光学镜片、2个微型三梭镜片和1个光学镜片，所述光学镜片的斜上方设有光学列阵传感器电路。

4.根据权利要求3所述的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，所述T形传感器外壳设有多芯通信接头，所述光学列阵传感器电路与所述多芯通信接头连接。

5.根据权利要求4所述的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，所述光学部件还包含若干光学滤光片和干涉光片。

6.根据权利要求1至5任一项所述的窄间隙焊缝跟踪激光传感器，其特征在于，所述T形传感器外壳的下部薄板状部分的厚度小于或等于10mm，所述窄间隙焊缝宽度大于或等于12mm，所述窄间隙焊缝深度小于或等于140mm。