CN216246097U - 一种激光点焊头变焦三维成像检测仪 - Google Patents

Abstract

一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，涉及激光点焊领域。在激光点焊头上增加变焦扫描单元，变焦扫描单元中的压电陶瓷环设置于套筒内，上透镜和下透镜分别与电陶瓷环的两端固定连接，压电陶瓷环与控制器电性连接，控制器与计算机电性连接。变焦扫描单元分别与CCD摄像头与分光镜连接。通过焦距扫描，可以用激光点焊头上CCD摄像头获取在熔池不同深度层面的焊斑图像；通过计算机进行图像数据重组，可以清晰地获得激光点焊后的焊斑合熔池的三维图像，从而提供点焊质量的有用信息。

Description

一种激光点焊头变焦三维成像检测仪

技术领域

本实用新型涉及激光点焊领域，尤其涉及一种激光点焊头变焦三维成像检测仪。

背景技术

激光点焊是目前广泛应用于光电子器件封装的先进技术。激光点焊的质量好坏与点焊产生的焊斑大小和焊点的深度和形状，有密切关系。激光点焊头上一般配备有CCD数字相机，用于点焊前的焦距调节，点焊后通过调节聚焦，可以清楚地显示焊斑的大小。但焊点的熔池，则需要将点焊后的工件沿焊点焊斑的直径垂直方向掰开，然后通过显微镜观察和分析。目前还没有对激光点焊完成后，可以同时检测点焊后焊斑的大小和熔池的形状的有效手段。

实用新型内容

为了能实现激光点焊完成后，同时检测点焊后焊斑的大小和熔池的形状，以及控制熔池截面的焊斑图像数量以及三维图像的质量，本实用新型采用以下技术方案：

一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，包括激光点焊头聚焦镜、激光导入筒、CCD摄像头、分光镜、CCD数据采集单元、计算机。计算机内设有变焦扫描控制和数字成像系统。CCD摄像头套设于第一套筒内，分光镜套设于第二套筒内，激光点焊头聚焦镜与分光镜连接，激光导入筒与第二套筒侧壁连接，计算机与CCD摄像头电性连接，还包括变焦扫描单元，变焦扫描单元包括上透镜、下透镜、压电陶瓷环、第三套筒、控制器；第三套筒的上下端分别与第一套筒和第二套筒连接，压电陶瓷环设置于第三套筒内，上透镜和下透镜分别与压电陶瓷环的两端固定连接。压电陶瓷环与控制器电性连接，控制器与计算机电性连接。CCD数据采集单元分别与CCD摄像头、计算机电性连接，由于原激光点焊头的CCD只有VGA输出，不一定可以输出成帧数字信号，所以需要后面和计算机连接的数据采集单元，所以CCD数据采集单元用于将CCD摄像头的成像数字信号成帧采集到计算机控制和数字成像系统。该激光点焊头变焦三维成像检测仪中，通过改变加在压电陶瓷环上的电压调节上下透镜的焦距，然后用激光点焊头上数字CCD获取在熔池不同深度层面的焊斑图像；通过计算机进行图像数据重组，可以清晰地获得激光点焊后的焊斑合熔池的三维图像，从而提供点焊质量的有用信息。

具体的，第一套筒、第二套筒的两端外壁面上设有螺纹，第三套筒的两端内壁面上设有螺纹，第一套筒、第二套筒、第三套筒螺纹连接。第一套筒、第二套筒、第三套筒螺纹连接，方便拆卸的同时且能有效稳固连接。

具体的，压电陶瓷环设置于第三套筒内壁。保证上透镜和下透镜与压电陶瓷环连接时，两者严格保持上下平行，方便精确调节焦距。

具体的，控制器为压电陶瓷控制器。

综上所述，本实用新型本装置具有以下优点：在激光点焊头上采用光学变焦调节技术，通过焦距扫描，可以用激光点焊头上数字CCD获取在熔池不同深度层面的焊斑图像；通过计算机进行图像数据重组，可以清晰地获得激光点焊后的焊斑合熔池的三维图像，从而提供点焊质量的有用信息。

附图说明

图1是一种激光点焊头变焦三维成像检测仪的结构示意图；

图2是一种激光点焊头变焦三维成像检测仪部分的结构示意图；

图3是一种激光点焊头变焦三维成像检测仪中压电陶瓷控制的变焦扫描单元的剖面结构示意图；

图4是一种激光点焊头变焦三维成像检测仪中压电陶瓷控制的变焦扫描单元的整体结构示意图；

图5是一种激光点焊头变焦三维成像检测仪变焦扫描单元内部光路示意图；

附图标记：1激光点焊头聚焦镜；2激光导入筒；3CCD摄像头；4变焦扫描单元；5分光镜；6计算机；7CCD数据采集单元；8压电控制器；

401上透镜；402下透镜；403压电陶瓷环；404第三套筒；405压电陶瓷环驱动电输入。

具体实施方式

下面结合图1至图2对本实用新型做进一步说明。

一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，包括激光点焊头聚焦镜1、激光导入筒2、CCD摄像头3、变焦扫描单元4、分光镜5、计算机6、CCD数据采集单元7和压电控制器8。计算机6内设有变焦扫描控制和数字成像系统。CCD摄像头3套设于第一套筒内，分光镜5套设于第二套筒内，激光点焊头聚焦镜1与分光镜5连接，激光导入筒与第二套筒侧壁连接，还包括变焦扫描单元4，变焦扫描单元4包括上透镜401、下透镜402、压电陶瓷环403、第三套筒404、压电陶瓷环驱动电输入405、压电控制器8。为了实现装配方便，便于修理的功能，第一套筒、第二套筒的两端外壁面上设有螺纹，第三套筒404的两端内壁面上设有螺纹，第一套筒、第二套筒、第三套筒404螺纹连接，这样方便拆卸的同时且能有效稳固连接。CCD数据采集单元7分别与CCD摄像头3、计算机6电性连接，由于原激光点焊头的CCD只有VGA输出，不一定可以输出成帧数字信号，所以需要后面和计算机6连接的数据采集单元，所以CCD数据采集单元7用于将CCD摄像头3的成像数字信号成帧采集到计算机6控制和数字成像系统。为了实现调节焦距的功能，上透镜401和下透镜402分别与两个压电陶瓷环403的两端固定连接。压电陶瓷环403通过压电陶瓷环驱动电输入405与压电控制器8电性连接，压电控制器8与计算机6电性连接。通过改变加在压电陶瓷环403上的电压，精密调节上下透镜401和402之间的距离，微调CCD像机的成像焦距，然后用激光点焊头上数字CCD获取在熔池不同深度层面的焊斑图像；通过计算机6进行图像数据重组，可以清晰地获得激光点焊后的焊斑合熔池的三维图像，从而提供点焊质量的有用信息。

当该装置运行时，可见光部分可以从点焊的工件通过点焊头聚焦镜1、分光镜5和变焦扫描单元4后到达CCD摄像头3，保持原CCD视频功能不变。同时通过变焦扫描单元4，由计算机控制压电陶瓷驱动8，改变CCD数字相机的成像聚焦平面，使成像在目标焊点熔池的不同深度，CCD数据采集单元7将不同深度聚焦的熔池成像输出给计算机处理。其中变焦扫描单元4的具体工作程序是：变焦驱动405输入为零时，变焦扫描单元5的压电陶瓷环403处于正常状态，压电陶瓷环403两端的上下透镜401和402的距离使CCD摄像头可以获取焊点的最大焊斑图像，即CCD摄像头聚焦在工件表面上。计算机6程序启动变焦扫描指令后，变焦驱动405输入的驱动电压由零逐步增加到最大值，即压电陶瓷环403上的控制电压由零逐步增加到最大值，压电陶瓷环403两端的上下透镜401和402的距离也发生变化，使CCD摄像头的焦平面也由工件表面逐步向熔池底部深入变化。在控制单元的压电陶瓷环403控制电压逐步增加的同时，CCD数据采集单元7将CCD摄像头3的成像数字信号成帧采集到计算机6控制和数字成像系统。每帧图像数据对应于压电陶瓷环403的控制电压，也就是熔池的一个深度的焊斑图像。可以根据所要求的成像精度，确定变焦驱动单元里压电陶瓷环403驱动电压的步长，从而控制熔池截面的焊斑图像数量和最后计算机6处理后的三维图像的质量。

该装置的优点为：本装置在激光点焊头上增加变焦扫描单元4，通过改变加在压电陶瓷环403电压调节上下透镜的距离，从而改变CCD相机的成像焦距，然后用激光点焊头上数字CCD获取在熔池不同深度层面的焊斑图像。通过计算机进行图像数据重组，可以清晰地获得激光点焊后的焊斑合熔池的三维图像，从而提供点焊质量的有用信息。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，包括激光点焊头聚焦镜、激光导入筒、CCD摄像头、分光镜、计算机；所述CCD摄像头套设于第一套筒内，所述分光镜套设于第二套筒内，所述激光点焊头聚焦镜与所述分光镜连接，所述激光导入筒与所述第二套筒侧壁连接，其特征在于，还包括变焦扫描单元，所述变焦扫描单元包括上透镜、下透镜、压电陶瓷环、第三套筒、控制器、CCD数据采集单元；所述第三套筒的两端分别与所述第一套筒和第二套筒连接，所述压电陶瓷环套设于所述第三套筒内，所述上透镜和所述下透镜分别与所述压电陶瓷环的两端固定连接，所述压电陶瓷环与所述控制器电性连接，所述控制器与所述计算机电性连接，所述CCD数据采集单元分别与所述CCD摄像头、所述计算机电性连接。

2.根据权利要求1所述一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，其特征在于，所述第一套筒、所述第二套筒的两端外壁面上设有螺纹，所述第三套筒的两端内壁面上设有螺纹；所述第一套筒、所述第二套筒、所述第三套筒之间通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，其特征在于，压电陶瓷环设置于所述第三套筒内壁，并有驱动电性引线输入。

4.根据权利要求1所述一种激光点焊头变焦三维成像检测仪，其特征在于，所述控制器为压电陶瓷控制器。

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