CN206952357U - 焊缝跟踪传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种焊缝跟踪传感器，包括连接臂，连接臂上设置有激光发射器、第一图像采集传感器和用于采集灰度图像的第二图像采集传感器，激光发射器的主轴与第一图像采集传感器成像系统的主轴之间具有一定的夹角，连接臂的顶端设置有焊枪，激光发射器、第一图像采集传感器和第二图像采集传感器分别与上位机连接。本实用新型的焊缝跟踪传感器焊缝识别率高。此外本实用新型还涉及该焊缝跟踪传感器的焊缝跟踪方法。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种焊缝检测装置，尤其涉及一种焊缝跟踪传感器。
背景技术
现有基于工件表面形貌特征的激光焊缝视觉传感器，在检测不开坡口的对接焊缝时，如果没有预留的对接间隙，则检测的依据仅仅是焊缝两侧工件偏离理想位置而产生的错边尺寸，那么就会出现错边尺寸太小而识别率低或无法识别的问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的焊缝跟踪传感器，以提高焊缝的识别率。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种焊缝识别率高的焊缝跟踪传感器。
本实用新型的焊缝跟踪传感器，包括连接臂，所述连接臂上设置有激光发射器、与所述激光发射器配合的第一图像采集传感器和用于采集灰度图像的第二图像采集传感器，所述激光发射器的主轴与第一图像采集传感器成像系统的主轴之间具有一定的夹角，所述连接臂的顶端设置有焊枪，所述激光发射器、第一图像采集传感器和第二图像采集传感器分别与上位机连接。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述第二图像采集传感器位于第一图像采集传感器和激光发射器之间。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述激光发射器能够在扫描机构的驱动下摆动并投射出扇形的激光束。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述第一图像采集传感器和第二图像采集传感器为同一图像传感器，并且所述第一图像采集传感器或第二图像采集传感器的光路中设置有可调滤光器。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述可调滤光器为电控可调滤光器。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述可调滤光器包括设置在连接臂上的电机及与电机的输出轴连接且由多个滤光片组成的滤光盘。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，包括为所述第二图像采集传感器提供照明的光源。
进一步的，本实用新型的焊缝跟踪传感器，所述光源为单色光源。
借由上述方案，本实用新型的焊缝跟踪传感器至少具有以下优点：本实用新型的焊缝跟踪传感器在三角测量原理的激光焊缝传感器的基础上，增加一个2D的第二图像采集传感器，以便实现传感信息融合，提高焊缝跟踪传感器工作的适应范围和焊缝的识别率。其中，激光发射器与第一图像采集传感器配合，组成激光视觉，得到焊缝垂直位置的深度信息，或者同时得到焊缝的深度与焊缝水平位置信息；第二图像采集传感器，则通过灰度图像处理的方式实现对焊缝在水平方向上的位置进行检测判断。某些环境下，第二图像采集传感器需要增加照射焊缝的光源，以便提高焊缝边缘对比度变化。第二图像采集传感器还可以作为监控手段，为操作工人提供监控焊接跟踪过程的辅助条件。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是实施例一的焊缝跟踪传感器的结构示意图；
图2是实施例二的焊缝跟踪传感器的立体结构图；
图3是实施例三的焊缝跟踪传感器的结构示意图；
图4是实施例五中一种焊缝跟踪传感器的结构示意图；
图5是实施例五中另一种焊缝跟踪传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例一：
如图1，本实施例的焊缝跟踪传感器采用发出一束激光的激光发射器1，通过扫描机构带动的摆动反光镜，或者激光器本身摆动，使激光束扇形地投射到与焊缝所在工件表面形成一系列点状光斑，排列在一条焊缝的横截线上，该横截线大致垂直于焊缝，激光束的投射平面相对于第一图像采集传感器2的主光轴的关系，可以变化，例如也可以如图3所示。扫描的激光束与第一图像采集传感器2配合，组成激光视觉，检测出焊缝的表面形貌，进而检测出焊缝的高度位置和水平位置信息。第二图像采集传感器3则独立地拍摄焊缝的2D灰度图像，对该图像分析处理，仅能得到焊缝的水平位置信息，而不能得到焊缝的高度位置信息。通过信息融合技术，将两个由不同途径得到的焊缝水平位置信息综合成为更准确、更可靠的焊缝水平位置信息，为焊枪的轨迹控制提供依据。这里的灰度图像是指图像中像素的明暗信息渐变，而不是特指单色图像。
实施例二：
如图2，本实施例的焊缝跟踪传感器与实施例一的焊缝跟踪传感器不同之处在于，其激光发射器发出的是一个扇形面，该光面在焊缝所在工件表面上形成一条高亮度的光纹，该光纹大致垂直于焊缝，第一图像采集传感器拍摄该光纹，分析得到焊缝的高度位置和水平位置信息。
为了获得更清晰的焊缝的2D灰度图像，在上述实施例一与实施例二中，还可以对焊缝进行主动照明，优选的在第二图像采集传感器周围增加一个环状照明光源。
实施例三：
如图3，本实施例的焊缝跟踪传感器在实施例一或实施例二的焊缝跟踪传感器基础上演变，这里取消了第一图像采集传感器。而第二图像采集传感器除了发挥上述实施例中采集2D灰度图像的功能之外，还兼具检测激光在工件4上照射的点状光斑、或线状光纹的功能。根据光斑或光纹的成像位置判断工件到传感器的高度距离、焊缝的水平位置信息。
实施例四：
在实施例三的基础上演变，激光发射器发出的是一条光束，而且该光束不进行扫描运动，亦即形成一个光斑。根据该激光光斑的成像位置仅计算出工件到传感器的高度距离。
实施例五：
如图4和5，本实施例的焊缝跟踪传感器在实施例三、或实施例四的基础上，增加可切换的滤光系统，分时地采集焊缝的2D灰度图像与激光痕迹(光斑或光纹)。所述滤光系统可以采用电控的可调滤光器6，如图4所示。在拍摄焊缝的2D灰度图像时，可以根据实际情况设定其通光量，以便焊缝的图像清晰；在拍摄激光痕迹时，进一步降低通光量，以便获得低背景亮度的更清晰的激光痕迹的图像。
也可采用机械切换的方法交替使用两种不同特点的滤光片，如图5所示，这里采用了一个电机，电机上设置具有多个滤光片的滤光盘7，电机旋转着循环地切换使用不同特点的滤光片。
还可以采用电动调整成像系统光圈的方式实现不同的通光量，以适应两种不同特点图像的拍摄。
还可以采用成对的偏振片，通过改变其角度实现通光量的控制。
实施例六：在实施例5的基础上，增加对焊缝照明的光源。
实施例七：在实施例6的基础上，将对焊缝照明的光源改为单色光源，而且将用于拍摄焊缝2D灰度图像的滤光片设计成仅允许照明光通过的带通滤光片；将用于拍摄激光痕迹图像的滤光片设计成仅允许激光通过的带通滤光片。
焊缝跟踪传感器和焊枪5安置在焊接执行机构上，例如机器人或焊接小车等，传感器位于焊枪5前方一定距离，焊接时，传感器将观察到的焊缝信息传输到计算机或其他移动终端，处理后得到焊缝轨迹，计算机或移动终端就可以实时查询焊枪偏离焊缝的距离，从而控制执行机构调整焊枪位置，实现对焊缝的跟踪。
根据焊缝的实际情况，传感器可能以不同的模式工作：
1)对于有坡口的焊缝，或焊缝轮廓尺寸特征明显的任务，激光视觉能准确检测到焊缝特征并进行识别，此时第二图像采集传感器3可以仅作为监控用途，操作工人可在屏幕上监控焊接跟踪情况。
2)对于虽然有坡口或其他轮廓尺寸特征的焊缝，但是尺寸特征不够明显或者存在其他干扰的任务，激光视觉难以准确地检测到焊缝特征并进行识别，此时第二图像采集传感器3除了可以作为监控用途之外，还可以提供焊缝位置信息，以便辅助激光视觉，共同完成焊缝位置判断，提高准确率。
3)对于不开坡口的焊缝，焊缝尺寸不够明显，单从激光视觉无法或难以得到稳定的焊缝信息，此时利用第二图像采集传感器3提供的平面灰度信息进行判断，能更准确地判断焊缝的水平位置，而焊缝的高度位置仍由激光视觉提供。
一般情况下，将依据焊缝的2D灰度信息识别与激光视觉识别的结果结合使用，可以利用冗余的信息提高焊缝检测准确度。根据2D图像传感器提供的灰度图像识别的结果的显著程度，与激光视觉识别尺寸特征的显著程度，以及刚刚检测过的焊缝历史信息，可以进行冗余信息融合处理，例如简单地利用置信概率加权分配两种识别结果的方法，就能得到更准确的判断。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种焊缝跟踪传感器，其特征在于：包括连接臂，所述连接臂上设置有激光发射器、与所述激光发射器配合的第一图像采集传感器和用于采集灰度图像的第二图像采集传感器，所述激光发射器的主轴与第一图像采集传感器成像系统的主轴之间具有一定的夹角，所述连接臂的顶端设置有焊枪，所述激光发射器、第一图像采集传感器和第二图像采集传感器分别与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述第二图像采集传感器位于第一图像采集传感器和激光发射器之间。
3.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述激光发射器能够在扫描机构的驱动下摆动并投射出扇形的激光束。
4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述第一图像采集传感器和第二图像采集传感器为同一图像传感器，并且所述第一图像采集传感器或第二图像采集传感器的光路中设置有可调滤光器。
5.根据权利要求4所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述可调滤光器为电控可调滤光器。
6.根据权利要求4所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述可调滤光器包括设置在连接臂上的电机及与电机的输出轴连接且由多个滤光片组成的滤光盘。
7.据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：包括为所述第二图像采集传感器提供照明的光源。
8.据权利要求7所述的焊缝跟踪传感器，其特征在于：所述光源为单色光源。
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Cited By (2)
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