[发明专利]单目多功能主被动视觉传感装置及其传感方法

说明书

本发明公开了一种单目多功能主被动视觉传感装置。本发明的传感系统包括壳体、摄像机、一字线激光头、电机、窄带滤光镜、减光及滤光镜系统、单面凸透镜、挡光板、挡飞溅玻璃、反射镜、扫描转镜。同时根据传感系统设计了一套减光及滤光装夹系统用于初始焊位识别和焊接工件时的减光及滤光镜系统的装夹与移除。该传感装置及其传感方法采用单个摄像机同时同幅获得焊缝图像信息和熔池图像信息，并且焊缝图像采用被动式观察成像，受弧光和熔池热辐射光干扰较大的熔池图像采用主动式激光扫描成像。本发明同时满足初始焊位识别、焊缝跟踪与熔池动态特征监测的功能要求，同时减少了系统设计和程序设计的复杂性，减少了生产成本，提高了焊接设备的焊接灵活性。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种单目多功能主被动视觉传感装置及采用该装置的传感方法。

背景技术

视觉传感器接近人类视觉能获得更多的焊缝信息和熔池信息，同时能实现小间隙焊缝的自动化焊接和搭接自动化焊接，在自动化焊接中受到越来越多的重视。在当今焊接自动化焊缝跟踪过程中也需要实时监测熔池的动态信息，获取熔池形状尺寸特征参数，根据特征参数获知焊接质量，从而调整焊接参数，如焊接速速、焊接电流大小和送丝速度等，通过实时监测熔池质量来调整焊接参数可以更好地提高焊接质量，实现完全的自动化焊接。所以为了提高焊接质量，需要实现焊缝跟踪的同时还需要实时获取熔池的动态特征信息。但是在电弧焊接过程中由于强弧光干扰和熔池的热辐射光的影响，如果采用摄像机直接观察熔池，那样所成图像中熔池的尺寸和轮廓就会给强光覆盖掉，得不到准确的熔池轮廓尺寸信息。所以现有的视觉传感自动化焊接中，大多都是把焊缝跟踪和熔池检测的成像系统相互独立出来，一套系统实行焊缝的识别与跟踪，一套系统用于熔池的动态监测，例如双目识别。这样需要两台摄像机协调工作准确获取同一焊接位置的焊缝和熔池附近图像信息，保证其同步性和实时性。但这样无疑增加了系统设计和程序设计的复杂性，同时双检测装置还会增加焊接机构的重量和占据一定的空间位置，这样影响了焊接机构的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种单目视觉传感器就能识别初始焊位，实现焊缝跟踪和熔池动态特征监测。同时根据传感系统设计了一套减光及滤光装夹系统用于初始焊位识别和焊接工件时的减光及滤光镜系统的装夹和移除。该传感装置及其传感方法采用单个摄像机同时同幅获得焊缝图像信息和熔池图像信息，并且焊缝图像采用被动式观察成像，受弧光和熔池辐射光干扰较大的熔池图像采用主动式激光扫描成像。这样尽可能大地获取了焊缝和熔池图像信息，同时减少了系统设计和程序设计的复杂性，减少了生产成本，提高了焊接设备的焊接灵活性。

为达到上述目的，本发明提供了一种单目多功能主被动视觉传感装置及其实现方法，具体步骤如下：

1)初始焊位图像采集：在实行初始焊位的识别和导引时，焊炬断弧，激光头断电停止工作，传感系统采用自然光照成像，为获得清晰图像，在减光及滤光装夹系统的作用下，窗口4的减光及滤光镜系统移除，窗口14的挡光板装夹进来(为了避免近红外线波长的光从窗口14进来干扰图像信息)，摄像机采集整个工作台和焊接工件连接形式的图像信息，然后经特定设计的图像处理算法提取焊缝初始位置特征，并经过立体视觉匹配算法确定焊接初始点的空间三维坐标，计算程序根据三维坐标移动焊枪端点接近焊接工件焊缝起始位置。

2)焊缝与熔池图像采集：根据步骤1)焊枪移动到工件的焊接起始位置。起弧前，为了避免强弧光对焊缝成像的干扰，在减光及滤光装夹系统的作用下，窗口4的减光及滤光镜系统装夹进来，窗口14的挡光板移除，起弧，激光头通电工作通过扫描转镜扫描熔池附近区域。焊缝成像光线经过减光及滤光镜系统成像于摄像机靶面上，同时扫描熔池附近区域的反射激光通过窄带滤光镜和壳体内置的反射镜系统成像于同一个摄像机靶面上。获得同时同幅的焊缝与熔池图像。