CN2914031Y - 光纤激光焊缝图像传感器 - Google Patents

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CN2914031Y CNU2006201157928U CN200620115792U CN2914031Y CN 2914031 Y CN2914031 Y CN 2914031Y CN U2006201157928 U CNU2006201157928 U CN U2006201157928U CN 200620115792 U CN200620115792 U CN 200620115792U CN 2914031 Y CN2914031 Y CN 2914031Y
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黄军芬
冯音琦
邹勇
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Abstract

一种光纤激光焊缝图像传感器，主要由半导体激光器LD(1)，传光光纤(2)，操控箱(3)，传感探头(4)，传像光纤(5)，面阵CCD(6)和图像运算处理装置(7)组成，其中，半导体激光器LD(1)通过大芯径传光光纤(2)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过大芯径传像光纤(5)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过图像采集卡(71)与图像运算处理装置导通，传感探头(4)形成条纹后投射到工件上，面阵CCD接收到焊缝激光图像后，根据变形条纹图像确定焊缝的中心位置、深度和其他参数。本实用新型可用于机器人工业实现焊缝自动跟踪，结构简单，造价低廉，使用维护修理简易。

Description

光纤激光焊缝图像传感器
技术领域
本实用新型涉及一种图像传感器，尤指由光纤构成的激光焊缝图像传感器。
背景技术
现有的激光焊缝传感器是将激光管及其条纹投影系统，CCD及探测驱动电路等元件集成在传感器探头内。因而存在体积和重量难以减小的问题。此外，为了使传感器内的电子元件、激光器、CCD等器件正常工作，不受环境温度变化的影响，必须配置冷却装置对传感器进行冷却。这种传感器还有受电磁场的干扰等问题。另外，这种传感器需要配置窄带滤光片来减小背景光特别是焊接过程中强烈的弧光对焊缝图像的干扰，但却存在对信号光的衰减等问题。为此，设计出结构简单，使用方便灵巧，检测精度高的激光焊缝图像传感器乃是当务之急。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型的目的在于提供一种光纤传输激光，经过柱面镜形成激光平面，投射到工件后产生激光条纹，光学成像系统由传像光纤束传输焊缝激光图像并成像在CCD上，通过图像处理计算焊缝位置，根据焊缝位置偏差来达到控制实现焊缝自动跟踪的光纤激光焊缝图像传感器。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种光纤激光焊缝图像传感器，主要由半导体激光器LD(1)，传光光纤(2)，操控箱(3)，传感探头(4)，传像光纤(5)，面阵CCD(6)和图像运算处理装置(7)组成，其中：半导体激光器LD(1)通过大芯径传光光纤(2)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过大芯径传像光纤(5)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过图像采集卡(71)与图像运算处理装置导通；在传感头支架(43)中，面向传感探头(4)的工作面(44)按序设置有滤光片(41)，柱透镜(42)和大芯径传光光纤(2)，并排还设置有与传光光纤(2)轴线成20°-30°角的大芯径传像光纤(5)构成传感探头(4)的整体；面阵CCD(6)接收由传像光纤(5)传输来的工件焊缝激光图像，图像运算处理装置(7)通过图像采集卡(71)采集图像后，根据变形条纹(72)图像确定焊缝中心位置和焊缝深度等参数。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点和效果：
1、本实用新型是一种由光纤构成灵巧结构探头的激光焊缝图像传感器，仅用较低分辨率的传像光纤束传像束就可实现较高精度的焊缝检测，其光学投影系统由光纤传输激光，经过柱面镜形成激光平面，投射到工件后产生激光条纹；光学成像系统由传像光纤束传输焊缝激光图像并成像在CCD上，通过图像处理计算焊缝位置，根据焊缝位置偏差来达到控制焊接实现焊缝自动跟踪的目的。传感器探头由传光光纤和传像光纤构成全光学结构，结构灵巧简单、无电磁干扰，具有较高的测量精度和较好的通用性，可用于焊接机器人领域。
2、本实用新型是一种由光纤构成灵巧结构探头的激光焊缝图像传感器，利用光纤对入射光的方向选择性，通常情况下不需要另外配置滤光片。
附图说明
图1为本实用新型结构总体示意图
图2为本实用新型传感探头结构剖视示意图
图3为本实用新型传感探头另一实施例结构剖视示意图
图4为本实用新型输出的激光焊缝图像示意图
具体实施方式
由图1和图2示出，一种光纤激光焊缝图像传感器，主要由半导体激光器LD1，传光光纤2，操控箱3，传感探头4，传像光纤5，面阵CCD6和图像运算处理装置7组成，其中：半导体激光器LD1通过大芯径传光光纤2和操控箱3与传感探头4相连接，面阵CCD6通过大芯径传像光纤5和操控箱3与传感探头4相连接，面阵CCD6通过图像采集卡71与图像运算处理装置导通；在传感头支架43中，面向传感探头4的工作面44按序设置有滤光片41，柱透镜42和大芯径传光光纤2，并排还设置有与传光光纤2轴线成20°-30°角的大芯径传像光纤5构成传感探头4的整体；面阵CCD6接收由传像光纤5传输来的工件焊缝激光图像，图像运算处理装置7通过图像采集卡71采集图像后，根据变形条纹72图像确定焊缝中心位置和焊缝深度等参数。
又知，半导体激光器LD1输出的激光通过传光光纤2传输到传感探头4，经柱透镜42，滤光片41形成条纹后投射到工件上，面阵CCD6感光装置接收由传像光纤5传输来的工件焊缝激光图像，计算机通过图像卡采集图像后，根据变形条纹72图像确定焊缝中心位置、焊缝深度等参数。
由柱透镜42和允许LD波长的光通过的滤光片41所形成的激光条纹为具有一定宽度的一字形条纹，沿焊缝正交方向配置。
本实用新型的半导体激光器LD1和面阵CCD6中的元件及有关驱动、控制和处理电路置于操控箱3内，传感探头4与操控箱3通过传像光纤5和传光光纤2相连接，无电气连接，因此传感探头4不受电磁场的干扰和温度的影响。
本实用新型的传像光纤具有对入射光的方向选择性，只有在光纤数值孔径方向内的光能耦合经光纤，由于背景光或弧光为散射光，不具有方向性，因此只有很少的一部分背景光或弧光能耦合进入光纤，光纤起到空间滤波器的作用，比配置频率滤波的窄带滤光片具有优势。
由图3示出传感探头4的另一实施例，由3根或多根大芯径传光光纤2输出端、一个柱透镜42、一根传像光纤5的输入端及传感头支架43构成。产生的3条或多条条纹沿焊缝正交方向等间距配置。传像光纤5轴线与传光光纤2轴线成20°--30°角。
由图4示出激光焊缝的图像，若在传像光纤5像素较低时可利用传像光纤5的截面结构特点，可获取较高的焊缝测量精度，例如本图所示的焊缝条纹像中，由于传像光纤束较少，可以明显观察到光纤像素，在计算焊缝拐点时，可取图中像元素1、2、3三个像素点的X坐标，则焊缝的左拐点xzuo坐标为：
x zuo = x 1 + x 2 + x 3 3 . 。
另知，在传像光纤前端面或传像光纤后端面与CCD之间配置能通过LD波长光的普通滤光片，或者采用在传像光纤5的输入端面或输出端面镀膜的方法取代滤光片41。

Claims (3)

1、一种光纤激光焊缝图像传感器，主要由半导体激光器LD(1)，传光光纤(2)，操控箱(3)，传感探头(4)，传像光纤(5)，面阵CCD(6)和图像运算处理装置(7)组成，其特征在于：半导体激光器LD(1)通过大芯径传光光纤(2)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过大芯径传像光纤(5)和操控箱(3)与传感探头(4)相连接，面阵CCD(6)通过图像采集卡(71)与图像运算处理装置导通；在传感头支架(43)中，面向传感探头(4)的工作面(44)按序设置有滤光片(41)，柱透镜(42)和大芯径传光光纤(2)，并排还设置有与传光光纤(2)轴线成20°-30°角的大芯径传像光纤(5)构成传感探头(4)的整体；面阵CCD(6)接收由传像光纤(5)传输来的工件焊缝激光图像，图像运算处理装置(7)通过图像采集卡(71)采集图像后，根据变形条纹(72)图像确定焊缝中心位置和焊缝深度等参数。
2、根据权利要求1所述的光纤激光焊缝图像传感器，其特征在于：在传像光纤前端面或传像光纤后端面与CCD之间配置能通过LD波长光的滤光片，或者采用在传像光纤(5)的输入端面或输出端面镀膜的方法取代滤光片(41)。
3、根据权利要求1所述的光纤激光焊缝图像传感器，其特征在于：传感探头(4)由三根或多根大芯径传光光纤(2)输出端，一个柱透镜(42)，一根传像光纤(5)的输入端及传感头支架(43)组成，传像光纤(5)轴线与传光光纤(2)轴线成20°-30°角。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101795810B (zh) * 2007-08-10 2013-03-27 丰田自动车株式会社 激光焊接质量评价方法及其装置
CN106735747A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 西北工业大学（张家港）智能装备技术产业化研究院有限公司 激光焊缝图像传感装置
CN109014502A (zh) * 2018-10-31 2018-12-18 芜湖常瑞汽车部件有限公司 一种基于激光传感器的焊缝追踪系统及方法

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