[发明专利]用于焊缝与熔池单目双位图像同步采集的机器人焊接视觉传感器

说明书

一种用于焊缝与熔池单目双位图像同步采集的机器人焊接视觉传感器，包括：安装支架、系统外壳、以相对位置安装定位角度固定的激光器和摄像头、减光滤光系统、保护机构和散热机构，其中：系统外壳通过安装支架与机器人末端相连，激光器设置于系统外壳内部左侧并通过支架紧贴内壁放置，摄像头转动设置于系统外壳内壁上，减光滤光系统设置于系统外壳内并且设置于摄像头的前端，保护机构设置于系统外壳下方，散热机构分布于系统外壳的内壁上。本发明采用主被动视觉相结合的方式，包含一个激光器和一个摄像头，在一帧图像中可同时得到焊缝和熔池图像，通过在减光滤光系统中相邻位置上设置不同的减光条件，反映焊缝特征的激光条纹图像和焊接质量的熔池图像，体积较小、灵活性较大，能够满足不同场合的使用需求。

技术领域

本发明涉及的是一种机器人智能化焊接领域的技术，具体是一种用于焊缝与熔池单目双位图像同步采集的机器人焊接视觉传感器。

背景技术

在机器人焊接过程中，焊缝成型质量容易受到外界条件以及焊缝自身因素的影响，实现机器人焊接过程的实时监控和智能化控制对于提高焊接自动化水平以及减少焊接缺陷是十分必要的，其中视觉传感器在机器人焊接智能化中发挥着重要的作用，根据是否使用额外提供的外光源，视觉传感器可分为被动和主动视觉传感器。

被动视觉传感器直接利用焊接过程中强烈的电弧光作为图像信息采集光源，能够便捷地实现焊接过程中的焊缝跟踪和熔池监控，但是受到电弧光影响，容易被干扰；主动视觉传感器能够获得更加稳定、清晰的焊缝图像，不受焊接方法、焊接材料以及焊接参数的影响，但是存在超前检测误差，而且不能用来实时监控焊接熔池，功能单一。

目前在国外已经广泛应用的视觉传感器中，普遍价格昂贵且开放性较差，不利于大规模推广，并且其仅限于用来焊缝跟踪，无法监控熔池实现焊接熔透的控制。

国内现有技术中，被动传感器结构较为复杂，摄像头对焦调节困难，减光滤光机构需要手动开关控制，降低了焊接过程的自动化程度，难以满足机器人焊接目标的多样化需求。主动视觉传感器只能获取焊缝图像而不能获取熔池图像，从而无法对熔池进行监控和熔透质量控制，具有较大局限性。

发明内容

本发明针对现有技术无法同时清晰地获取激光条纹图像和熔池图像、不能同时实现机器人焊接过程中的焊缝跟踪和熔池监控的需求，提出一种用于焊缝与熔池单目双位图像同步采集的机器人焊接视觉传感器，采用主被动视觉相结合的方式，包含一个激光器和一个摄像头，在一帧图像中可同时得到焊缝和熔池图像，通过在减光滤光系统中相邻位置上设置不同的减光条件，同时得到反映焊缝特征的激光条纹图像和焊接质量的熔池图像，体积较小、灵活性较大，能够满足不同场合的使用需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：安装支架、系统外壳、以相对位置安装定位角度固定的激光器和摄像头、减光滤光系统、保护机构和散热机构，其中：系统外壳通过安装支架与机器人末端相连，激光器设置于系统外壳内部左侧并通过支架紧贴内壁放置，摄像头转动设置于系统外壳内壁上，减光滤光系统设置于系统外壳内并且设置于摄像头的前端，保护机构设置于系统外壳下方，散热机构分布于系统外壳的内壁上。

所述的系统外壳采用3D一体化打印，设有用于固定安装支架、保护机构的螺纹孔以及位于内壁的用于散热气体流动的凹槽通道。

所述的安装支架包括：旋转支架、摄像头支架、激光器支架、燕尾槽和承载支架，其中：旋转支架和摄像头支架设置于系统外壳内用以旋转固定摄像头；激光器支架设置于系统外壳内并通过螺钉固定激光器；承载支架通过燕尾槽与系统外壳上的梯形块活动连接并用以调整传感器的高度和角度，同时将传感器固定于机器人第六轴上。

所述的减光滤光系统包括：减光片托槽、滤光片托槽、减光片和滤光片，其中：减光片设置于减光片托槽内，滤光片设置于滤光片托槽内，滤光片托槽设置于摄像头的镜头上，减光片托槽与滤光片托槽通过螺纹配合。