[实用新型]焊缝自动跟踪用线阵电荷耦合器件视觉传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及焊接时自动跟踪焊缝的传感器，属焊接工艺及设备自动化领域。

背景技术

在焊接过程中使焊炬始终与焊缝对中是保证焊接质量的重要前提。埋弧焊工艺由于焊接电弧埋在焊剂层下而不可见，在焊接过程中焊丝与焊缝偏离更是经常出现的问题。这一问题显然严重的影响了焊接质量、生产效率及经济效益。通过焊缝自动跟踪系统使焊炬在焊接全过程中始终与焊缝对中，显然是保证埋弧焊焊接质量的关键。

国内外对用于埋弧焊的自动跟踪系统进行了大量的研究，产生了几代跟踪用的传感器。第一代焊接跟踪用的传感器是触杆式传感器，其工作原理基本是机械式的。第二代焊接跟踪用的传感器是用分立元件组成的光电传感器，其信号接收屏是由分立的光敏元件构成的矩阵。而第三代焊接跟踪用的传感器对光电信号的接收使用了高度集成的电荷耦合器件(以下简称CCD)，又分为面阵CCD(即摄象机)和线阵CCD。面阵CCD视觉跟踪系统其信息量大，通过对信号的处理，容易获得三维信息，不但可以实现焊缝的自动跟踪，而且还可以对焊接过程实现智能化控制。但是其信号处理时间较长，且设备费用较高，使系统的成本提高。而线阵CCD视觉跟踪系统虽然只有一维信息，但是对于在一个方向上的跟踪(如左右方向)则完全够用。而其价格低廉，信息处理的时间短，因此实时性强。总体来说线阵视觉跟踪系统具有较高的性能价格比。

对于第一代传感器，因为是机械式的，一般是用于长直焊缝的焊接跟踪。而且当遇到如点固焊道或焊缝过窄时，就会失去跟踪基准。对于第二代传感器，由于其信号接收屏是由分立元件组成，因此信息量少，跟踪精度较低。对于第三代传感器，当使用线阵CCD做接收器件时，其光路原理都是利用入射角等于反射角的原理。在光学系统的设计上，采用圆形平行光束照射焊缝，利用坡口与工件表面对光线的反射角度不同造成反射光在CCD上成像的光强度不同。在这种光学系统中，在CCD上收到的光的强弱主要受反射角度的影响，CCD上反映的是焊缝坡口的斜度信息。因为反射光强度受反射面的光洁度的影响较大，在这种方法中，当焊缝为旧钢板上新开的坡口时，坡口内部的反射光强可能超过工件表面的反射光强，因而不能提供有效的坡口位置信息。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可用于钢板及坡口在各种不同表面状况下的传感器。

本实用新型的传感器由光源发射部分、光源接收部分、支撑部分、执行机构等四部份组成，支撑部分为一个支撑块。光源发射部分为两个发射镜筒，内装激光发生管，柱面透镜。两个发射镜筒安置在支撑块的二边。光源接收部分为一个接收镜筒，内装线阵CCD器件、圆透镜、滤光片、挡灰片，光源接收镜筒安装在两个光源发射镜筒的后面，并位于支撑块的中心线上。光源发射镜筒在支撑块上呈一定的角度安置，与ZOX平面呈α角，α＝4°，与ZOY平面呈β角，β＝22.4°(见图5、图6)。光源发射镜筒内的激光发生管为半导体红光激光管。执行机构是一个丝杆滑块机构，由水平导轨、垂直导轨、水平滑块、垂直滑块、丝杆所组成。水平导轨、水平滑块、丝杆，垂直导轨、垂直滑块、丝杆各组成一运动付。

说明附图如下：

图1：为本实用新型传感器及与焊机连接部分的结构示意图

图2：为图1的A向视图

图3：为图1的B-B剖视图

图4：为本实用新型传感器光路工作原理图

图5：为ZOX平面视图

图6：为ZOY平面视图

具体实施方式

结合附图说明实施例及工作过程为下：

图1、图2、图3中3为支撑块，在支撑块3上安装两个发射镜筒4，在两个发射镜筒4之间安装接收镜筒5，在发射镜筒4内安装激光二极管1及柱面透镜2，在接收镜筒5内部安装线阵CCD器件8、圆透镜7、滤光片6及挡灰片9。支撑块3通过连接板11与执行机构相连，执行机构是一个可以上、下、左、右运动的丝杆、滑块机构，连接板11与垂直滑块14相连，垂直滑块14的一端呈燕尾形并楔入垂直导轨18上的燕尾槽中，在垂直滑块14的燕尾部分可带入垂直丝杆15。垂直丝杆15由电机(图中未示出)带动后可使垂直滑块14作上、下垂直运动。垂直导轨18与焊机机架相连。在垂直滑块14上安装水平导轨12，在水平导轨12上有一燕尾槽，在该燕尾槽中放置水平滑块13，在水平滑块13上可带入水平丝杆16，水平丝杆16由电机(图中未示出)带动后可使水平滑块13作水平运动。图4为本实用新型光路工作原理图，其工作原理为下：