RU2155653C2

RU2155653C2 - Videosensor apparatus

Info

Publication number: RU2155653C2
Application number: RU98110921A
Authority: RU
Inventors: А.А. Котельников; С.В. Дмитриев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: electric arc welding along arbitrary-configuration seam realized by means of industrial robots. SUBSTANCE: videosensor apparatus includes photodetector on base of matrix of charge-coupled devices, interference filter, lens and changeable inlet window. Welding arc is used as structured illumination source. Radiation of welding arc is converted to illuminated stripe crossing connection line near welding zone and providing after secondary reflection to receive in photodetector three-dimensional data related to welded joint, gap or cross section of dressing. Converter includes casing in which slit-type diaphragm in the form of cylinder with lengthwise slit and reflector in the form of cylinder with flat face are mounted with possibility of changing their rotation angle. EFFECT: enhanced selectivity allowing to receive three-dimensional data of welded joint by means of relatively simple optical system. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к электродуговой сварке промышленными роботами с произвольной конфигурацией шва. The invention relates to welding production, in particular to electric arc welding by industrial robots with an arbitrary configuration of the seam.

Известно устройство слежения за сварным швом, при котором зона, расположенная около места сварки, сканируется телевизионной камерой, при этом получается двумерное сечение в зоне сварного шва или вблизи нее [1]. A device for tracking a weld is known, in which a zone located near the welding site is scanned by a television camera, and a two-dimensional cross section is obtained in or near the weld zone [1].

Недостаток данного устройства заключается в том, что получаемая информация недостаточна для обеспечения качества сварного шва. Кроме того, используется сложная механическая и электронная аппаратура в зоне дуги, что снижает надежность сварочного комплекса. The disadvantage of this device is that the information received is insufficient to ensure the quality of the weld. In addition, complex mechanical and electronic equipment is used in the arc zone, which reduces the reliability of the welding complex.

Отмеченные недостатки могут быть устранены путем сканирования точек вокруг горелки датчиком, перемещающимся в плоскости, перпендикулярной оси горелки, по окружности с центром, расположенным на этой оси, при этом измеряется расстояние до поверхности изделия датчиком. The noted drawbacks can be eliminated by scanning points around the burner with a sensor moving in a plane perpendicular to the axis of the burner, around a circle with a center located on this axis, while measuring the distance to the surface of the product by the sensor.

Датчик расстояния представляет собой оптическую систему с импульсным излучателем света, линейным фотоприемником, фильтром, объективом. На фотоприемнике проектируются точки (образы) импульсов излучателя, соответствующих расстоянию до поверхности изделия. При этом получается трехмерное изображение сварной зоны [2]. The distance sensor is an optical system with a pulsed light emitter, a linear photodetector, a filter, a lens. On the photodetector, points (images) of the emitter pulses are projected, corresponding to the distance to the product surface. In this case, a three-dimensional image of the welded zone is obtained [2].

Недостатком данного устройства является то, что хотя получается трехмерное изображение сварной зоны, пути его реализации представляют техническую сложность и невысокую надежность при эксплуатации. The disadvantage of this device is that although a three-dimensional image of the welded zone is obtained, the ways of its implementation present technical complexity and low reliability during operation.

Наиболее универсален и информативен триангуляционный метод измерения с применением сечения зоны свариваемого соединения световой плоскостью. Одним из наиболее совершенных и компактных видеосенсоров, построенных с использованием метода триангуляции, является видеосенсор, смонтированный в одном корпусе с горелкой. Видеосенсор содержит источник структурированного освещения, состоящий из маломощного инфракрасного лазера и цилиндрической оптики для получения полосы, пересекающей линию соединения, фотоприемник на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив и сменное входное окно [3]. The most universal and informative is the triangulation method of measurement using the section of the zone of the welded joint by the light plane. One of the most advanced and compact video sensors built using the triangulation method is a video sensor mounted in one housing with a burner. The video sensor contains a structured illumination source consisting of a low-power infrared laser and cylindrical optics to obtain a strip crossing the connection line, a photodetector based on a CCD matrix, an interference filter, a lens, and a replaceable input window [3].

Недостатком данного устройства является сложность оптической системы, использующей дополнительный источник структурированного освещения, состоящий из маломощного инфракрасного лазера и цилиндрической оптики для получения полосы. The disadvantage of this device is the complexity of the optical system using an additional source of structured lighting, consisting of a low-power infrared laser and cylindrical optics to obtain the strip.

Изобретение направлено на упрощение оптической системы, основанное на использовании излучения сварочной дуги, отраженного от поверхности свариваемых элементов. Это достигается тем, что видеосенсорное устройство для определения положения сварного шва, содержит фотоприемник луча, отраженного под углом от освещенной полосы, пересекающей линию соединения вблизи места сварки для получения трехмерной информации о свариваемом соединении, зазоре или сечении разделки и превышении кромок, выполненном на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив, сменное входное окно, отличающееся тем, что устройство снабжено преобразователем излучения сварочной дуги в освещенную полосу, состоящим из корпуса и установленных в нем с возможностью изменения угла поворота щелевой диафрагмой в виде цилиндра с продольным пазом и отражателя в виде цилиндра с плоской гранью. The invention is aimed at simplifying the optical system based on the use of radiation from the welding arc reflected from the surface of the elements being welded. This is achieved by the fact that the video sensor device for determining the position of the weld contains a photodetector of a beam reflected at an angle from the illuminated strip crossing the connection line near the weld point to obtain three-dimensional information about the welded joint, clearance or groove cross-section and excess edges made on the basis of CCD -matrices, interference filter, lens, replaceable input window, characterized in that the device is equipped with a radiation converter of the welding arc into an illuminated strip consisting of short whisker and installed therein with the possibility of changing the angle of rotation of slit diaphragm is a cylinder with a longitudinal groove and a reflector in the form of a cylinder with a flat face.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема видеосенсорного устройства; на фиг. 2 - пример формы освещенной полосы, проектируемой на поверхность свариваемых элементов. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of a video sensor device; in FIG. 2 is an example of the shape of an illuminated strip projected onto the surface of the elements to be welded.

Видеосенсорное устройство состоит из щелевой диафрагмы 1, отражателя 2, установленных в корпусе 3, который хомутом 4 закрепляется на сварочной горелке 5. На хомуте 4 установлена также фотоприемная камера 6, которая состоит из сменного окна 7, объектива 8, интерференционного фильтра 9 и фотоприемника 10. The video sensor device consists of a slit diaphragm 1, a reflector 2 installed in the housing 3, which is attached by a clamp 4 to the welding torch 5. A photodetector camera 6 is also installed on the clamp 4, which consists of a removable window 7, a lens 8, an interference filter 9 and a photodetector 10 .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В момент образования сварочной дуги и движения электрода 11 по средней линии вдоль стыка 12 излучение от дуги проходит через щелевую диафрагму 1 и отражается от зеркальной поверхности 2 таким образом, что освещенная полоса пересекает линию соединения вблизи места сварки на поверхности свариваемых элементов 14. Вторично отражаясь от поверхности свариваемых элементов излучение от дуги попадает на фотоприемную камеру, проходя через окно 7, объектив 8, интерференционный фильтр 9 и фотоприемник 10, производится анализ формы стыка перед точкой сварки и сравнение с эталоном. При недопустимых отклонениях на соответствующие приводы робота поступает команда от ЭВМ для коррекции траектории электрода 11. At the time of the formation of the welding arc and the movement of the electrode 11 along the midline along the joint 12, the radiation from the arc passes through the slotted diaphragm 1 and is reflected from the mirror surface 2 so that the illuminated strip crosses the connection line near the welding site on the surface of the elements being welded 14. Reflected from the surface of the elements to be welded, the radiation from the arc enters the photodetector camera, passing through the window 7, the lens 8, the interference filter 9 and the photodetector 10, the shape of the joint in front of the weld point is analyzed ki and comparison with the standard. In case of unacceptable deviations, the corresponding robot drives receive a command from the computer to correct the path of the electrode 11.

Предложенная конструкция видеосенсорного устройства обеспечивает высокую избирательную надежность, позволяющую получить трехмерную информацию о свариваемом соединении при относительно простой оптической системе. The proposed design of the video sensor device provides high selective reliability, which allows to obtain three-dimensional information about the welded joint with a relatively simple optical system.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 2711660, кл. В 23 К 9/12, 1978.Sources of information
1. The patent of Germany N 2711660, CL B 23 K 9/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 1348109, кл. В 23 К 9/10, 1987. 2. Copyright certificate of the USSR N 1348109, cl. B 23 K 9/10, 1987.

3. Leading the way on robot weld guidance //The Industrial Robot. - 1983. - N 2. - P. 104 - 107 (прототип). 3. Leading the way on robot weld guidance // The Industrial Robot. - 1983. - N 2. - P. 104 - 107 (prototype).

Claims

A video sensor device for determining the position of the weld, containing a photodetector of a beam reflected at an angle from the illuminated strip crossing the connection line near the weld point to obtain three-dimensional information about the welded joint, clearance or groove cross section and excess edges, made on the basis of a CCD matrix, an interference filter , a lens, a replaceable input window, characterized in that the device is equipped with a radiation converter of the welding arc into an illuminated strip consisting of a housing and installed in with the possibility of changing the angle of rotation of the slotted diaphragm in the form of a cylinder with a longitudinal groove and a reflector in the form of a cylinder with a flat face.