CN114858817A - 一种振镜保护镜片的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振镜保护镜片的检测装置及方法，属于镜片检测技术领域，其包括振镜，设于振镜出光口处的保护镜片，沿该保护镜片周向设置的灯带，正对保护镜片镜面设置的相机结构，接收处理相机拍摄图像的数据分析模块以及运动执行机构。本申请通过振镜保护镜片的检测装置，通过灯带将保护镜片表面点亮，以实现相机对保护镜片污染的完美拍照，再通过数据分析模块对图像进行自动化分析和阈值判断，并根据情况确认是否需要更换保护镜片，再利用运动执行机构将该振镜调回激光加工工位，实现该振镜检测与激光加工的全自动检测与切换，大大提高了检测效率与激光加工效率。

Description

一种振镜保护镜片的检测装置及方法

技术领域

本发明属于镜片检测技术领域，具体涉及一种振镜保护镜片的检测装置及方法。

背景技术

随着焊接技术的不断升级，不同焊接对象对焊接的要求也越来越高，需求也不尽相同。并且随着激光焊接振镜技术的不断革新，激光焊接振镜以其高节拍、高焊接效率等特点被广泛应用在激光打码等领域。但对于大幅面、大直径的焊接振镜，在高功率的扫描焊接过程中，始终存在保护镜片被焊接过程中产生的飞溅物或环境中的粉尘等污染的情况。

并且，当振镜保护镜片被飞溅物或粉尘等污染且无法被及时检测到时，附着在该保护镜片上的污染物会吸收掉大量的激光能量。其一方面会使得保护镜片在高功率激光作用下迅速升温，造成保护镜片发生变形，降低保护镜片的使用寿命；另一方面，这使得实际用于加工工件的激光束能量降低，导致焊缝不能按预期成型，产生缺陷，导致工件报废。无论何种情况下，都会增加焊接成本，降低经济收益，所以激光焊接振镜的保护镜片污染检测问题至关重要。

目前，在激光焊接振镜***中的保护镜片污染检测主要由生产技术人员通过人工检测进行检测，技术人员需要在每次焊接完成后对振镜的保护镜片的污染情况进行检查，一方面，技术人员将大量的时间耗费在振镜保护镜片的污染情况检测上，耗时耗力；另一方面，技术人员长时间的人眼检测很难确保污染物的查全率和检测的准确性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种振镜保护镜片的检测装置及方法，用以解决现有振镜保护镜片表面污渍检测不准确的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种振镜保护镜片的检测装置，其包括振镜、保护镜片、灯带、相机、数据分析模块及运动执行机构；

其中，所述保护镜片设于所述振镜的出光口处以形成防护结构；

所述灯带沿所述保护镜片的周向设置，并可沿平行于所述保护镜片的镜面方向朝所保护镜片内发射光源，以在所述保护镜片内形成漫反射；

所述相机设置在所述保护镜片背离所述振镜的一侧，并在对所述保护镜片进行检测时，所述相机的拍摄口正对所述保护镜片的镜面设置；

所述数据分析模块与所述相机通信连接，用于采集所述相机拍摄的图像，并分析图像中所述保护镜片表面污染情况；

所述运动执行机构设于所述振镜背离所述保护镜片的一侧，用于调整所述保护镜片位置。

本申请还包括一种振镜保护镜片的检测方法，其通过上述相机检测振动保护镜片的装置来实现，具体检测步骤如下：

S1、灯带打光并将保护镜片的镜面点亮，采用相机对保护镜片的表面进行拍照取像；

S2、数据分析模块收集所述相机拍摄的图像，并计算图像中单个污染和总污染的灰度区域面积；

S3、根据图像中单个污染和总污染的灰度区域面积判断保护镜片的污染情况；

若单个污染灰度区域面积大于单个污染灰度区域面积预设阈值或总污染灰度区域面积大于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带，将振镜表面的保护镜片更换；

若单个污染灰度区域面积小于等于单个污染灰度区域面积预设阈值且总污染灰度区域面积小于等于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带，将保护镜片用于后续激光加工。

作为本发明的进一步改进，还包括激光加工工位，所述运动执行机构用于将所述振镜在激光加工工位在该相机检测振镜保护镜片装置处位置进行切换，具体切换步骤如下：

在步骤S1之前，在激光生产加工间隙时，运动执行机构带动振镜转向，使得振镜表面的保护镜片朝向相机正对设置；

在步骤S3之后，运动执行机构带动振镜转向，使得振镜表面的保护镜片朝向激光加工工位。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中保护镜片与相机之间的直线距离为180mm～250mm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中单个污染和总污染的灰度区域面积计算步骤如下：

S201、对图像进行灰度化处理，得到图像的灰度信息，统计图像中每个像素点的灰度大小；

S202、计算图像中总污染区域灰度值的像素点的加权面积；

S203、计算图像中单个污染区域灰度值的像素点的加权面积。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S202中总污染灰度值的像素点的加权面积S_σ计算方式为：

其中，n为图像中0像素点的个数，ω为单个像素点的实际面积大小，其单位为mm²，σ_i为每个像素点的权重。

作为本发明的进一步改进，所述公式一中σ_i的计算方式为：

其中，x为像素点的灰度值大小，τ的数值选取与灯带打光情况相关，其取值范围为20～80。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S203中单个污染灰度值的像素点的加权面积SR_i计算方式为：

其中，m为每个污染所含的像素点个数，l为所含独立的污染区域个数，权重σ_k由所述公式二获得，ω为单个像素点的实际面积大小。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中总污染区域面积是否超过总污染区域面积阈值判断方式如下：

其中，S为保护镜片的实际面积，P为当前工艺参数下激光功率，P_max为最大激光功率，P_min为最小激光功率。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中单个污染区域面积是否超过单个污染区域面积阈值判断方式如下：

其中，S为保护镜片的实际面积，P为当前工艺参数下激光功率，P_max为最大激光功率，P_min为最小激光功率。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

(1)本发明的振镜保护镜片的检测装置，其通过在振镜的保护镜片周向设置灯带结构，通过灯带提高保护镜片表面亮度，利用相机对保护镜片表面进行采样，并直接通过数据分析模块对其表面污渍情况进行判断，以判断该保护镜片是否需要更换。其通过数据分析模块实现单个污染区域及整体污染区域分析判断，并配合运动执行机构实现振镜在激光加工工位与振镜保护镜片检测工位之间的切换，实现了该保护镜片的全自动检测并且不会影响激光加工的工作效率。

(2)本发明的振镜保护镜片的检测方法，其通过灯带结构将保护镜片点亮，使得相机能够完美采集到保护镜片表面的污渍情况，然后通过数据分析模块对其表面情况进行分析判别，以直接判断保护镜片是否需要更换，避免了人工因素带来的判断失误等问题，整体实现完全的自动化切换和判断，大大提高了振镜保护镜片的检测效率，降低检测时间，提高激光加工效率。

附图说明

图1是本发明实施例中振镜保护镜片的检测装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中灯带点亮保护镜片的光路示意图；

图3是本发明实施例中相机拍摄灰度化处理后图像；

图4是本发明实施例中振镜保护镜片的检测方法的流程示意图；

图5是本发明实施例中步骤S2中污染灰度区域面积计算方法的流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、振镜；2、保护镜片；3、灯带；4、相机；5、数据分析模块；6、运动执行机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图1～5，本发明优选实施例中的振镜保护镜片的检测装置包括振镜1、保护镜片2、灯带3、相机4、数据分析模块5及运动执行机构6。其中，该保护镜片2设置在振镜1的出光口正下方处，用于在振镜1出光口表面形成防护结构，避免焊接过程中产生的焊接残渣或者环境中的粉尘对振镜1造成污染，该灯带3结构沿保护镜片2的周向设置，并可产生光源以将保护镜片2点亮；相机4设置在保护镜片2背离振镜1的一侧，该相机4的拍摄口正对保护镜片2的镜面设置，用于对保护镜片2的镜面进行拍摄，并将保护镜片的表面污染情况进行记录；该数据分析模块5与相机4通信连接，用于接收相机4拍摄的保护镜片2的镜面信息并进行分析，以得到保护镜片2表面的污染情况，最后再判断该保护镜片2是否需要进行更换。

传统镜面检测过程中，采用人眼观察、镜片表面光强检测等手段，均会受到其它制约，人工肉眼辨别的方式会因为操作人员本身的经验和判断熟练度以及人体疲劳程度等影响振镜1的保护镜片2检测的准确度，导致判断标准不统一，不仅耗时耗力，还会大大降低激光焊接效率。而采用镜片表面光强检测的方式时，保护镜片表面未遮挡区域以及粉尘等附着区域的光线强度基本不会受到影响，采用镜片表面光强检测时无法得到准确的结论。对此，本申请在对该保护镜片2周向设置灯带3结构，该灯带3结构在振镜1正常工作时不启动，使得其不干扰激光正常发射。在需要对振镜1进行检测时，通过运动执行机构6调整振镜1角度，使得保护镜片2的镜面正对相机4设置，然后点亮灯带3，使得灯带3中发出的光在保护镜片2内形成漫反射，以将保护镜片2表面的污渍显现出来，再利用相机4对保护镜片2表面情况进行记录，再利用数据分析模块5分析其表面污渍情况，以判断保护镜片2是否需要进行更换。

具体地，本申请针对该相机4检测振镜1的保护镜片2设置了检测方法，其通过该振镜保护镜片的检测装置来实现，具体检测步骤如下：

S1、灯带3打光将保护镜片2的镜面点亮，采用相机4对保护镜片2表面进行拍照；

S2、数据分析模块5收集相机4拍摄的图像，并计算图像中单个污染和总污染的灰度区域面积；

S3、根据图像中单个污染和总污染的灰度区域面积判断保护镜片2的污染情况；

单个污染灰度区域面积大于单个污染灰度区域面积预设阈值或总污染灰度区域面积大于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带3，将保护镜片2进行更换，更换完毕后进行激光加工，并在下次激光加工间隙时进行下一次检测；

若单个污染灰度区域面积小于等于单个污染灰度区域面积预设阈值且总污染灰度区域面积小于等于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带3，将该保护镜片2用于后续激光加工，并在下次激光加工间隙时进行下一次检测。

进一步优选地，为了提高本申请装置的自动化效率，该振镜1背离保护镜片2的一侧还设有运动执行机构6，该运动执行机构6为简单的三轴机械臂，其可实现该振镜1在激光加工工位与振镜保护镜片检测工位之间的切换。

具体地，在生产间隙时，运动执行机构6将振镜1从激光加工工位转移至保护镜片2正对相机4设置，以用于保护镜片2的检测。在保护镜片2检测或更换完毕后，该运动执行机构6将带有保护镜片2的振镜1移动到激光加工工位，以进行激光加工。在上述运动执行机构6搬运振镜1的过程中，由于激光加工工位与振镜保护镜片检测工作位置恒定，该运动执行机构6无需额外程序调整或判断振镜1的具***置，只需要按照两个工位的预设位置进行位置切换即可。

进一步地，为了确保相机4对保护镜片2表面的拍摄质量，除了通过灯带3将保护镜片2点亮以外，还需要限定相机4拍摄时与保护镜片2之间的距离，以此确保拍摄质量。具体地，该相机4对保护镜片2拍摄时，相机4的镜片与保护镜片2之间的直线距离为180mm～250mm之间。优选地，该相机4的镜片与保护镜片2之间的直线距离为200mm或230mm。

进一步优选地，该振镜1为大幅面和大直径的振镜1，且振镜1的扫描加工范围最大可达到180mm*180mm。

进一步优选地，本申请中的振镜1的设置形状为方形，对应地，该保护镜片2可以为圆形或者方形，优选为圆形。由于，灯带3结构沿保护镜片2的周向设置，在利用灯带3结构点亮保护镜片2的镜面时，当该保护镜片2为圆形时，灯带3可将保护镜片2均匀点亮，此时相机4采样得到的图像信息更为均匀，可视化效果更好。当保护镜片2为方形时，该保护镜片2四个边角处的灯带发光较为集中，此时相机4采样得到的图像信息中，其四周和边缘区域的亮度集中，可视化效果一般。同时，由于本申请中采用数据分析模块5分析该图像的灰度，其表面采光仅会影响相机4拍摄的实际表面观测情况，其不会影响数据分析模块5的后续判断。

进一步优选地，本申请中的保护镜片2整体呈平面镜，该灯带3中发出的光呈四周发散状向保护镜片2内发射，使得光线在该保护镜片2内发生漫反射，以将该保护镜片2的镜面点亮。优选地，该灯带3中发出的光线为红色、紫色和蓝色中的其中一种，优选为蓝色。

进一步优选地，本申请中的数据分析模块5对相机4拍摄的图像分析处理的具体步骤如下：

S201、对图像进行灰度化处理，得到图像的灰度信息，统计图像中每个像素点的灰度大小；

优选地，上述图片中每个像素值的灰度值大小在0～255之间。

S202、计算图像中所有带灰度值的像素点的加权面积；

上述图像中带灰度值的像素点的加权面积Sσ计算方式如下：

上述公式一中，n为图像中0像素点的个数，ω为单个像素点的实际面积大小，其单位为mm²，σi为每个像素点的权重。

优选地，该权重依据其对保护镜片2表面面积的影响程度决定，其中灰度值大的像素点对面积的影响大，其权重大；灰度值小的像素点对面积的影响小，其权重小，其值由以下公式决定：

上述公式二中，x为像素点的灰度值大小，τ的数值选取与灯带打光情况相关，其选取范围为20～80，优选为50。

S203、计算单个污染灰度值的像素点的加权面积SRi，该SRi为权重σ大于0的部分的灰度连通区域内单个污染的像素点的加权面积，具体计算方式如下：

上述公式三中，m为每个污染所含的像素点个数，l为所含独立的污染区域个数，权重σk由上述公式二获得，ω为单个像素点的实际面积大小。具体地，在单个污染面积SRi进行判断时，会存在有两个及以上的污染区域连接形成的污染面积SR_i。此时，该污染区域对保护镜片表面的污染影响需要当做一个污染面积SR_i进行判断，因此该污染面积SR_i代表单个污染点或者多个污染点连成整体形成的污染区域。

在上述步骤S3中，判断单个污染区域面积是否超过设定的单个污染的面积的阈值，以及总污染区域的面积是否超过设定的总污染区域的面积阈值，具体判断方式如下：

其中，上述公式四和公式五中，S表示保护镜片2的实际面积，P为当前加工工艺参数中的激光功率，Pmax为最大激光功率，P_min为最小激光功率。

若上述公式四或公式五中其中一个成立，则更换保护镜片2，其中，公式四为总污染区域面积是否超过设定的总污染的面积的阈值判断；公式五为单个污染区域面积是否超过设定的单个污染区域的面积的阈值判断。

在数据分析模块5通过运行上述公式计算得到保护镜片2表面污染情况时，当单个区域污渍较大时，其会直接影响激光的加工效率，需要对保护镜片2更换；当单个区域污渍较小，使得其基本不会影响激光加工时，需要对保护镜片2内所有的污渍区域进行计算，判断镜片上总体污渍是否会影响激光加工效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种振镜保护镜片的检测装置，其特征在于，包括振镜、保护镜片、灯带、相机、数据分析模块及运动执行机构；

其中，所述保护镜片设于所述振镜的出光口处以形成防护结构；

所述灯带沿所述保护镜片的周向设置，并可沿平行于所述保护镜片的镜面方向朝所保护镜片内发射光源，以在所述保护镜片内形成漫反射；

所述相机设置在所述保护镜片背离所述振镜的一侧，并在对所述保护镜片进行检测时，所述相机的拍摄口正对所述保护镜片的镜面设置；

所述数据分析模块与所述相机通信连接，用于采集所述相机拍摄的图像，并分析图像中所述保护镜片表面污染情况；

所述运动执行机构设于所述振镜背离所述保护镜片的一侧，用于调整所述振镜与所述相机的相对位置。

2.一种振镜保护镜片的检测方法，其通过如权利要求1中所述的振镜保护镜片的检测装置来实现，具体检测步骤如下：

S1、灯带打光并将保护镜片的镜面点亮，采用相机对保护镜片的表面进行拍照取像；

S2、数据分析模块收集所述相机拍摄的图像，并计算图像中单个污染和总污染的灰度区域面积；

S3、根据图像中单个污染和总污染的灰度区域面积判断保护镜片的污染情况；

若单个污染灰度区域面积大于单个污染灰度区域面积预设阈值或总污染灰度区域面积大于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带，将振镜表面的保护镜片更换；

若单个污染灰度区域面积小于等于单个污染灰度区域面积预设阈值且总污染灰度区域面积小于等于总污染灰度区域面积预设阈值，关闭灯带，将保护镜片用于后续激光加工。

3.根据权利要求2所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，还包括激光加工工位，所述运动执行机构用于将所述振镜在激光加工工位在该相机检测振镜保护镜片装置处位置进行切换，具体切换步骤如下：

在步骤S1之前，在激光生产加工间隙时，运动执行机构带动振镜转向，使得振镜表面的保护镜片朝向相机正对设置；

在步骤S3之后，运动执行机构带动振镜转向，使得振镜表面的保护镜片朝向激光加工工位。

4.根据权利要求2所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S1中保护镜片与相机之间的直线距离为180mm～250mm。

5.根据权利要求2所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S2中单个污染和总污染的灰度区域面积计算步骤如下：

S201、对图像进行灰度化处理，得到图像的灰度信息，统计图像中每个像素点的灰度大小；

S202、计算图像中总污染灰度值的像素点的加权面积；

S203、计算图像中单个污染灰度值的像素点的加权面积。

6.根据权利要求5所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S202中总污染灰度值的像素点的加权面积S_σ计算方式为：

其中，n为图像中0像素点的个数，ω为单个像素点的实际面积大小，其单位为mm²，σ_i为每个像素点的权重。

7.根据权利要求6所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述公式一中σ_i的计算方式为：

其中，x为像素点的灰度值大小，τ的数值选取与灯带打光情况相关，其取值范围为20～80。

8.根据权利要求7所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S203中单个污染灰度值的像素点的加权面积SR_i计算方式为：

其中，m为每个污染所含的像素点个数，l为所含独立的污染区域个数，权重σ_k由所述公式二获得，ω为单个像素点的实际面积大小。

9.根据权利要求6所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S3中总污染区域面积是否超过总污染区域面积阈值判断方式如下：

其中，S为保护镜片的实际面积，P为当前工艺参数下激光功率，P_max为最大激光功率，P_min为最小激光功率。

10.根据权利要求7所述的振镜保护镜片的检测方法，其特征在于，所述步骤S3中单个污染区域面积是否超过单个污染区域面积阈值判断方式如下：

其中，S为保护镜片的实际面积，P为当前工艺参数下激光功率，P_max为最大激光功率，P_min为最小激光功率。

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