CN107900562B - 一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，应用于焊接自动化、焊缝跟踪领域。本发明的技术要点是：它由激光距离传感器、反光镜、驱动电机、支架、圆筒反光镜、同心轴套筒、箱体、盖板组成。其特征在于激光距离传感器的发射端发射出点激光，经反光镜与圆筒反光镜反射后,通过驱动电机带动反光镜旋转改变激光的出射方向，经圆筒反光镜反射后投射至焊缝上形成环形激光，对焊缝坡口进行扫描，通过激光距离传感器接收端的面阵CCD对环形激光扫描的焊缝坡口信息进行存储，经外部数据处理器模块处理得到坡口距离被测值，利用此坡口信息进行焊缝跟踪，本发明解决了传统视觉传感器坡口距离无法确定的问题，实现焊缝三维跟踪。

Description

一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体的说，一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器。

背景技术

目前，在焊接自动控制技术领域，焊缝的自动化已经成为焊接技术的发展主流，同时焊缝的自动化与智能化一直以来都是一个难点，影响自动化焊接焊后质量有很多因素，不仅包括焊接的厚度、表面处理、焊接材料等焊接的内在因素，同时还包括焊接方法、焊接速度、工件位置检测等重要信息。尤其是被焊工件特征点的三维位置检测，是焊接自动化技术中急切需要解决的问题，随着焊接技术的发展，目前视觉传感也得到相应的发展，但却还不能实现定位准，高效且反应迅速的传感器，因此要达到焊接自动化的目标就很难实现.

为了达到焊接自动化，实现实时的自动获取焊缝的定位信息，已经研发出许多传感技术，如视觉传感器因其非接触，抗干扰力强等受到大家的广泛关注，主动视觉传感技术利用结构光后者光学扫描的方法产生一定形状的激光轨迹作为焊缝的检测手段。目前在基于激光传感器的自动焊接技术和方法中，大多采用激光视觉***和激光视觉算法，以图像处理的方法从激光视觉图像中识别焊缝；如专利“200510030453.X”的“基于环形激光视觉传感的焊缝自动定位方法”是经图像处理跟算法计算得到焊缝点的三维坐标，如专利号“201611078254.0”的“一种基于激光距离传感器的角焊缝自动焊接控制方法及装置”利用自动焊接控制器对激光距离传感器输出信号进行数据采样；对采样数据采用三谐波解耦算法检测角焊缝横向偏差，采用形态滤波阀值法检测角焊缝纵向偏差，采用双谐波解耦算法识别角焊缝坡口角度；根据焊缝偏差驱动十字滑架调整焊枪位置，根据坡口角度自动调整数字化焊接电源的工作参数。

本文涉及的一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，通过环形激光进行对焊缝坡口进行扫描，激光距离传感器接收端的面阵CCD对环形激光扫描的焊缝坡口信息进行存储，即为焊缝坡口的二维信息，同时经外部数据处理器模块处理后输出坡口距离被测值，根据所得的坡口距离被测值调节焊枪与焊缝坡口的距离，从而实现焊缝跟踪。

发明内容

本发明为了克服现有方法或技术存在的不足，推动焊接自动化的发展，提供一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，解决了传统视觉传感器焊缝坡口距离信息无法确定的的问题,从而实现焊缝跟踪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：它由盖板、激光距离传感器、反光镜、驱动电机、支架、圆筒反光镜、同心轴套筒、箱体、盖板组成。

其中，所述的箱体分为箱体上腔、箱体左下腔、箱体右下腔，激光距离传感器安装于箱体上腔，通过盖板压紧，盖板与箱体通过螺钉连接，盖板中部开有电缆孔，同心轴套筒安装于箱体左下腔。驱动电机通过支架固定于同心轴套筒中央，反光镜安装在驱动电机轴上，通过驱动电机带动反光镜旋转，反光镜与驱动电机轴的夹角可调，且反光镜中心距驱动电机距离为圆筒反光镜半径R。

其中，所述的圆筒反光镜，激光距离传感器激光发射端、反光镜，驱动电机始终保持同心，通过调节反光镜与电机轴的角度α,来改变激光经反光镜的出射角β来改变圆筒反光镜入射角。从而改变环形激光的半径R1，(α与θ互余)。经N次反射后从圆筒反光镜射出，投射置焊缝进行扫描.其中N的值如下表达式：

其中M：

R为圆筒反光镜的半径，L为反光镜的中心距圆筒反光镜的底端距离。当时，激光经反射镜反射后刚好与电机不接触经反射后射出。当时，激光经反射镜反射后刚好能进入圆筒反光镜反射射出。

本实施例中工作原理如下：激光距离传感器的发射端发射出点激光，投射至反光镜中心，驱动电机带动反光镜旋转改变激光的出射方向，激光经反光镜反射至圆筒反光镜中进行反射，再经圆筒反光镜反射后射出，投射至焊缝上形成环形激光，反射回的激光通过激光距离传感器接收端的面阵CCD进行对环形激光轨迹检测，通过CCD将光信号转化成电信号，当时序发生器对其施加特定的脉冲时，每个像素的电信号依次移除CCD并释放成电压幅度不等的模拟信号，经A/D转换、图像滤波、图像分割等处理后，再进行对坡口的识别，即为焊缝坡口的二维信息,同时经外部数字处理模块处理后输出坡口距离被测值，从而实现焊缝定位与焊缝跟踪。

附图说明

图1为一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器的结构示意图。

图2为环形激光产生原理图。

图3为电机支架结构示意图。

图4为实施例示意图。

图中：1、盖板，2激光距离传感器，3、激光距离传感器发射端，4、反光镜，5、圆筒反光镜，6、同心轴套筒，7、驱动电机，8、支架，9、激光距离传感器接收端，10、箱体上腔，11、箱体，12、箱体左下腔，13、箱体右下腔。

具体实施方案:

下面结合附图和实施方式对本发明进一步详细描述。

首先介绍一下激光距离传感器测距原理：

其主要是利用激光二极管投射出光线，经会聚透镜聚焦后垂直投射至被测表面上，物体移动或者表面变化导致入射光点沿入射光轴移动，接收透镜接收来至入射光点的散射光并投射至分辨率极高的CCD探测器上，在CCD探测器上形成一个图像，通过图像点距接收透镜光轴的距离与有关角度可以计算出传感器与被测物体表面的距离。

本实施例中的一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，如图1所述，它主要包括1、盖板，2激光距离传感器，3、激光距离传感器发射端，4、反光镜，5、圆筒反光镜，6、同心轴套筒，7、驱动电机，8、支架，9、激光距离传感器接收端，10、箱体上腔，11、箱体，12、腔体左下腔，13、箱体右下腔。其中箱体11分为箱体上腔10、箱体左下腔12与箱体右下腔13，箱体上腔开有反凹形孔，激光距离传感器2安装于箱体上腔10，通过盖板1压紧，盖板1与箱体11通过螺钉联结，盖板1中部开有电缆孔，驱动电机7通过支架8固定于同心轴套筒6中央，圆筒反光镜5套于同心轴套筒6内，反光镜4安装在驱动电机轴上，同心轴套筒6安装于箱体左下腔12中。

现将本发明实施例的工作原理叙述如下：

一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，其结构特征在于：它主要包括盖板、激光距离传感器、反光镜，驱动电机、支架、同心轴套筒、圆筒反光镜、箱体。其特征激光距离传感器发射端发射出点激光，投射至反光镜的中心进行反射，通过驱动电机带动反光镜旋转改变激光的出射方向，再经圆筒反光镜反射后投射至焊缝形成环形激光，环形激光对焊缝进行扫描，反射回的激光通过激光距离传感器接收端的面阵CCD进行对环形激光轨迹检测，通过CCD将光信号转化成电信号，当时序发生器对其施加特定的脉冲时，每个像素的电信号依次移除CCD并释放成电压幅度不等的模拟信号，经A/D转换、图像滤波、图像分割等处理后，再进行对焊缝坡口的识别，即为焊缝坡口所在位置，经外部数字处理模块处理后输出焊缝坡口距离被测值，从而实现焊缝定位与焊缝跟踪。

以上公开的仅是本发明的具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何领域的技术人员能思之变化都应纳入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，其特征在于：它主要包括激光距离传感器、反光镜、驱动电机、支架、圆筒反光镜、同心轴套筒、箱体、盖板；其中所述的激光距离传感器由发射端与接收端组成，激光距离传感器发射端发射出点激光，投射至反光镜的中心进行反射，通过驱动电机带动反光镜旋转改变激光的出射方向，再经圆筒反光镜反射后投射至焊缝形成环形激光，对焊缝坡口进行扫描，通过激光距离传感器接收端的面阵CCD对环形激光扫描的焊缝坡口信息进行存储，同时经外部数据处理器模块处理后输出坡口距离被测值，从而实现焊缝三维跟踪；其中所述的圆筒反光镜、激光距离传感器发射端、反光镜、驱动电机始终保持同心，通过调节反光镜与驱动电机轴的夹角α,来改变激光经反光镜的出射角β来改变圆筒反光镜入射角，从而改变环形激光的半径R 1,其中r为驱动电机半径，l为反光镜中心到驱动电机距离，α与θ互余。

2.根据权利要求1所述的一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，其特征在于：所述的箱体开有箱体上腔、箱体左下腔与箱体右下腔，激光距离传感器安装于箱体上腔，通过盖板压紧，盖板与箱体上腔通过螺钉联接，同心轴套筒安装于箱体左下腔。

3.根据权利要求1所述的一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器，其特征在于：所述的圆筒反光镜套于同心轴套筒内，驱动电机通过支架固定在同心轴套筒中央，反光镜安装于驱动电机轴上，通过驱动电机轴带动反光镜旋转。