等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，包括多光路会聚装置和用于带动所述多光路会聚装置在空间进行六自由度移动的空间位置调节装置，所述多光路会聚装置包括连接机构、相机和两个光路成像通道，两个所述光路成像通道均通过所述连接机构与所述空间位置调节装置连接，两个所述光路成像通道的进光端分别对准熔池的正、反面，其出光端将接收到的两路光会聚于所述相机。与现有技术相比，本发明专利技术实施例提供的视觉传感器实现单相机同时拍摄熔池正、背面图像信息，提高了焊接图像信息处理的效率，也可直观进行正、背面熔池的对比。此外，所述视觉传感器成本低，信息处理效率高，空间可调范围大，装配简洁，并可实现与焊枪灵活装配。

【技术实现步骤摘要】
等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器
本专利技术涉及一种焊接辅助装置，尤其是一种用于焊接熔池图像采集的多光路视觉传感器。
技术介绍
穿孔等离子弧焊接工艺具有适应性强、对接头装配精度要求低的特点，属低成本、高效的焊接工艺。焊缝热影响区窄，工件变形及残余应力小，接头内部缺陷降低，因此具有更好的工艺焊接性和广阔的应用前景。等离子弧形成高温、高速(300 - 2000m/s)的离子流，使得焊接材料能熔化并结合在一起。当等离子弧能量密度达到一定程度即沉积速率远远大于借助工件热传导损失的速率时，巨大冲击力和高能量(19-1OkiWAi2)的等离子流就能够穿透工件的熔池区域并形成一个穿透小孔。穿透等离子弧会在背面形成一个长长的尾焰。当焊枪移动时，伴随形成的小孔也在移动，这会引起小孔周围液态金属流向后方区域使其重新凝固形成焊缝，最终达到焊接工件的目的。 目前对于变极性等离子弧焊接小孔行为、熔池信息特征智能表征以及稳定成型控制研究一直是该领域具有挑战性的难题之一。依靠视觉进行直观获取熔池信息是比较理想的研究方向。然而由于穿孔型等离子焊枪的特殊设计使得拍摄其熔池信息比较困难。这是因为要保证等离子弧实现厚板穿孔焊接成形和稳定性，焊枪与工件的距离不能太远(一般在之间)，而较大的枪头又遮挡了原本孔径很小的等离子弧；同时，穿孔后背面的尾焰较长(约40mm)，镜头太近会造成传感器的损坏。这也增加了获取正面与背面熔池图像的难度。通常对等离子弧焊的熔池及小孔研究都是从单面开展的。其中正面熔池拍摄大多只是获得不完整熔池图像，更多的研究是选择从便于获取的背面进行拍摄及分析。但单面的研究并不能反映焊接质量的整体的效果。有少数研究双面的只能依靠使用两个视觉传感器进行分别拍摄，但拍摄效果也不理想。一是视觉传感器与焊枪并不同步，这样拍摄熔池会随着焊枪移动发生变化，不利于进行细致准确研究，二是用多个传感器使得焊接前期准备繁琐，对焦、更换减光片和滤光片等消耗很长时间，拍摄的对比性不准确。因此设计一个空间可调范围大，依靠适当空间位置调节实现同时获取双面焊接视觉信号的传感器装置是研究等离子弧焊接工艺的有利保障。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于获取双面焊接视觉信号的视觉传感器装置，用以解决等离子弧焊接中正面空间狭窄不易拍摄，以及双面熔池采集中不能保证随焊枪同时移动的技术问题。 为了达到上述目的，本专利技术提供了一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，包括多光路会聚装置和空间位置调节装置，所述空间位置调节装置用于带动所述多光路会聚装置在空间进行六自由度移动，所述多光路会聚装置包括连接机构、相机和两个光路成像通道，两个所述光路成像通道均设置在所述连接机构上，并通过所述连接机构与所述空间位置调节装置连接，两个所述光路成像通道的进光端分别对准熔池的正、背面，其出光端将接收到的两路光会聚于所述相机。 进一步地，两个所述光路成像通道对称设置，每一个所述光路成像通道均包括一个L型空心方筒，两个所述L型空心方筒的出光端相对设置。 进一步地，所述多光路会聚装置还包括三棱柱体，所述三棱柱体设置于两个所述光路成像通道的出光端之间，所述三棱柱体的横截面为等腰直角三角形，其两腰部设置有对称的第一反光镜和第二反光镜，从两个所述光路成像通道分别出射至所述第一反光镜和第二反光镜上的两路光线在反射后会聚于所述相机。 进一步地，所述连接机构为一中空设置的套筒结构，所述套筒结构的一侧与所述空间位置调节装置连接，所述套筒结构两个开口端与所述L型空心方筒出光端的形状及大小均匹配，所述三棱柱体设置于所述套筒结构中，两个所述L型空心方筒分别插入所述套筒结构的两开口端，并可沿所述套筒结构的轴心方向滑动，所述套筒结构侧壁上具有靠近所述相机的第一孔，从两个所述L型空心方筒出光端射出的两路光线分别经所述第一反光镜和第二反光镜反射后通过所述第一孔会聚于所述相机中。 进一步地，所述多光路会聚装置还包括第三反光镜，每个所述L型空心方筒的转角处均设有所述第三反光镜，从所述L型空心方筒进光端处射入的光经过所述第三反光镜反射后，从所述L型空心方筒出光端处射出。 进一步地，所述套筒结构包括直角底板、中间固定座和后板，所述后板与所述空间位置调节装置连接，所述直角底板包括第一板和第二板，所述第一板与所述中间固定座相对设置，所述第二板与所述后板相对设置，所述后板、第一板、第二板和中间固定座围成所述套筒结构，所述中间固定座具有所述第一孔。 进一步地，所述三棱柱体靠近所述第二板的一侧固定有滑动块，所述第二板具有沿所述三棱柱体的等腰直角三角形横截面底边上的垂直平分线延长线方向的条形孔，所述滑动块具有探出所述条形孔的凸起块，螺丝插入所述凸起块，所述凸起块与螺丝分别具有相匹配的内螺纹与外螺纹，通过控制所述螺丝的松紧，使得所述凸起块沿所述条形孔移动，进而带动所述三棱柱体相应移动，或固定所述三棱柱体。 进一步地，所述中间固定座的一侧具有一沿所述套筒结构轴心方向设置的条形凹槽，所述条形凹槽为T形槽，靠近所述中间固定座的所述L型空心方筒侧壁具有探出该侧壁相邻两侧壁的边缘部分，所述T形槽与所述侧壁及其边缘部分成卡槽连接。 进一步地，每个所述光路成像通道均还包括矩形盒，两个所述L型空心方筒的进光端分别与所述矩形盒连接，所述矩形盒具有开口端，两路光线分别经两个所述矩形盒的开口端进入相应的所述L型空心方筒的进光端，每个所述光路成像通道均还包括圆筒，所述圆筒的一端与所述L型空心方筒的进光端螺纹连接，其另一端与所述矩形盒螺纹连接。 进一步地，所述矩形盒还具有弧形槽，所述多光路会聚装置还包括第四反光镜，每个所述矩形盒中均设有所述第四反光镜，所述第四反光镜沿所述弧形槽滑动。 进一步地，所述多光路会聚装置还包括相机固定筒，所述相机置于所述相机固定筒中，所述相机固定筒固定在所述中心固定座上，所述相机固定筒侧壁上具有第三孔，用于调节相机进光度和焦距，所述相机固定筒与第三孔相邻的两个侧壁上具有至少一个紧定螺丝，用于紧定所述相机，所述相机固定筒与第三孔相对的侧壁包括卡槽和相机固定板，所述相机固定板插入所述卡槽中。 进一步地，所述多光路会聚装置还包括减滤光固定阀和减滤光片盛放筒，所述减滤光固定阀固定在减滤光片盛放筒的一端，所述减滤光片盛放筒的另一端固定在所述中间固定座的第一孔上，经所述三棱柱体反射的两路光线依次经所述减滤光片盛放筒、减滤光固定阀会聚于所述相机。 本专利技术还提供了一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，包括上述的多光路会聚装置和空间位置调节装置，所述空间位置调节装置包括X方向调节杆、y方向调节杆和z方向调节杆，所述χ方向调节杆、y方向调节杆和z方向调节杆两两之间连接，焊枪和所述多光路调节装置均与同一方向调节杆滑动连接。 本专利技术实施例提供了一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其利用熔池正背面的两个光路经过多次反射最终会聚在同一个视野内并被相机拍摄获取图像，实现单相机同时拍摄熔池正、背面图像信息，最终获取全面真实的焊接参数。提高了焊接图像信息处理的效率，也可直观进行正面背面熔池的对比，为等离子弧焊接深入研究提供有力保障。此外，所述视觉传感器成本低，信息处理效率高，实用性强，空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，包括多光路会聚装置和空间位置调节装置，所述空间位置调节装置用于带动所述多光路会聚装置在空间进行六自由度移动，所述多光路会聚装置包括连接机构、相机和两个光路成像通道，两个所述光路成像通道均设置在所述连接机构上，并通过所述连接机构与所述空间位置调节装置连接，两个所述光路成像通道的进光端分别对准熔池的正、反面，其出光端将接收到的两路光会聚于所述相机。

【技术特征摘要】
1.一种等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，包括多光路会聚装置和空间位置调节装置，所述空间位置调节装置用于带动所述多光路会聚装置在空间进行六自由度移动，所述多光路会聚装置包括连接机构、相机和两个光路成像通道，两个所述光路成像通道均设置在所述连接机构上，并通过所述连接机构与所述空间位置调节装置连接，两个所述光路成像通道的进光端分别对准熔池的正、反面，其出光端将接收到的两路光会聚于所述相机。2.如权利要求1所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，两个所述光路成像通道对称设置，每一个所述光路成像通道均包括一个L型空心方筒，两个所述L型空心方筒的出光端相对设置。3.如权利要求2所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，所述多光路会聚装置还包括三棱柱体，所述三棱柱体设置于两个所述光路成像通道的出光端之间，所述三棱柱体的横截面为等腰直角三角形，其两腰部设置有对称的第一反光镜和第二反光镜，从两个所述光路成像通道分别出射至所述第一反光镜和第二反光镜上的两路光线在反射后会聚于所述相机。4.如权利要求3所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，所述连接机构为一中空设置的套筒结构，所述套筒结构的一侧与所述空间位置调节装置连接，所述套筒结构两个开口端与所述L型空心方筒出光端的形状及大小均匹配，所述三棱柱体设置于所述套筒结构中，两个所述L型空心方筒分别插入所述套筒结构的两开口端，并可沿所述套筒结构的轴心方向滑动，所述套筒结构侧壁上具有靠近所述相机的第一孔，从两个所述L型空心方筒出光端射出的两路光线分别经所述第一反光镜和第二反光镜反射后通过所述第一孔会聚于所述相机中。5.如权利要求4所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，所述多光路会聚装置还包括第三反光镜，每个所述L型空心方筒的转角处均设有所述第三反光镜，从所述L型空心方筒进光端处射入的光经过所述第三反光镜反射后，从所述L型空心方筒出光端处射出。6.如权利要求4所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，所述套筒结构包括直角底板、中间固定座和后板，所述后板与所述空间位置调节装置连接，所述直角底板包括第一板和第二板，所述第一板与所述中间固定座相对设置，所述第二板与所述后板相对设置，所述后板、第一板、第二板和中间固定座围成所述套筒结构，所述中间固定座具有所述第一孔。7.如权利要求6所述的等离子焊双面熔池图像采集的视觉传感器，其特征在于，所述三棱柱体靠近所述第二板的一侧固定有滑动块，所述第二板具有沿所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈路路，吴頔，陈华斌，陈云霞，林涛，陈善本，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31