适用机器人焊接的紧凑型多功能视觉传感器制造技术

一种焊接技术领域的适用机器人焊接的紧凑型多功能视觉传感器，包括：安装支架、ＣＣＤ摄像机、电机旋转系统、减光滤光系统及水冷系统，ＣＣＤ摄像机、减光滤光系统、电机旋转系统和水冷系统都固定在安装支架上，ＣＣＤ摄像机和滤光系统同轴设置，ＣＣＤ摄像机通过支架与焊枪连接，主要完成传感器使用过程中的采像功能，电机旋转系统固定于ＣＣＤ摄像机上，并与减光滤光系统相连接，带动其完成翻转功能，减光滤光系统的翻转可满足传感器在初始焊位导引与焊缝跟踪功能之间的切换。本发明专利技术满足实际工业应用中长时间自动化焊接的高温操作需求，并确保监控效果。本发明专利技术可应用于焊接中的信息获取与识别、焊缝跟踪与控制等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种焊接
的装置，具体是一种适用机器人焊接的紧凑型 多功能视觉传感器。
技术介绍
在现代化焊接领域，自动化和智能化焊接已经成为发展趋势，而基于焊接机器人 的视觉传感器已是现代焊接的重要研究方向。应用于机器人上的视觉传感方法具有提供信 息量丰富，灵敏度和测量精度高，抗电磁场干扰能力强，可以远离电弧强光、强热区，与工件 无接触及检测区域大等优点。视觉传感技术在焊接机器人领域主要应用于进行宏观环境识 别、初始焊接位置的导引、焊接接头形式的识别、焊缝跟踪及熔透控制等方面，目前国内外 研究比较成熟的主动视觉传感具有价格昂贵，结构复杂庞大以及存在盲区等不足；被动视 觉传感则存在功能单一、弧光干扰大等劣势，并以固定焦距和固定结构的传感器为主，同时 由于现有传感器尺寸都相对较大，致使跟焊枪整体安装后可活动的范围变小，要观察焊缝 和熔池信息需要加反光镜系统，使得结构复杂且摄像机标定困难，无法满足焊接过程的连 续性，大大降低了焊接过程中设备使用的柔性和灵活性。经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号200910055217. 1，专利技术名称“机 器人MIG焊双目视觉传感系统”，该专利技术主要由两个CXD摄像机组成熔池观测模块和焊缝跟 踪模块，通过CCD摄像机及图像采集卡提供焊缝识别以及熔池图像采集的功能，可以完成 MIG焊接过程中的熔池观测，焊缝跟踪等多项工作，具有结构简单易于装配、柔性好、观测范 围大的特点，但是该传感器体积较大，且摄像头焦距调节困难，在视觉场景和分辨率要求不 同的环境下，有可能无法获得清晰的焊缝图像，另外该减光滤光系统无法自动移除，给摄像 机的标定带来困难，因此无法连续实现焊缝初始位置导引与焊缝跟踪。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种适用机器人焊接的紧凑型多功能 视觉传感器，结合机器人焊接过程的特点，通过微型直流电机带动减光滤光系统进行整体 旋转，灵活的模块结构可满足不同需求下的传感器功能需要；通过可更换的减光滤光系统 支架和抽屉式结构，使得可方便选择不同形状的减光滤光片并清楚地观测到不同光强处的 特征信息；该传感器尺寸较小，其中摄像头仅有大拇指般大小，使得安装以及检测时的空间 灵活性大大增加；除此之外，传感器增加了水循环冷却结构，提高视觉传感器的使用寿命和 使用范围，从而满足实际工业应用中长时间自动化焊接的高温操作需求，并确保监控效果。 本专利技术可应用于焊接中的信息获取与识别、焊缝跟踪与控制等方面。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括安装支架、CXD摄像机、电机旋 转系统、减光滤光系统及水冷系统，其中CCD摄像机、减光滤光系统、电机旋转系统和水冷 系统都固定在安装支架上，CXD摄像机和滤光系统同轴设置，CXD摄像机通过支架与焊枪连 接并实现采像，电机旋转系统固定于CCD摄像机上并与减光滤光系统相连接带动其完成翻转，减光滤光系统的翻转可满足传感器在初始焊位导引与焊缝跟踪等各功能之间的切换。所述的安装支架包括焊枪连接支架、摄像机支架、减光滤光系统支架、电机旋转 系统支架，其中焊枪连接支架将整个传感器连接在焊枪上并实现传感器与焊枪不同姿态 连接，摄像机支架固定于焊枪连接支架上，电机旋转系统支架固定在摄像机支架上，水冷系 统安装于摄像机支架上，减光滤光系统支架与电机旋转系统支架连接并共同固定在摄像机 支架上。所述的电机旋转系统支架包括电机固定支架、齿轮固定支架以及电机连接支架， 其中电机旋转系统由电机固定支架固定于摄像机支架上，电机固定支架包括前后两个分 支架，保证电机工作的平稳性和准确性；齿轮固定支架包括一个单独的电机轴和一块固定 板，电机轴为承载齿轮部件，固定板防止齿轮位置错动；电机连接支架两端分别连接在电机 轴与减光滤光系统支架上，使整个减光滤光系统可以根据需要随电机系统任意旋转。所述的电机旋转系统包括微型直流电机和齿轮，其中微型直流电机通过齿轮 带动减光滤光系统的旋转，使得减光滤光系统在焊接初始位置导引和焊缝跟踪过程中分别 处于相应的位置，齿轮将电机的旋转传递给减光滤光系统。本专利技术具有模块化的结构，安装、拆卸、更换、维护均非常方便，各安装支架(特别 是减光滤光系统支架)均可以根据使用工具的形状不同进行相应的更换，可最大程度减小 装卸部件对整体的影响；同时可以进行后期的二次扩展，保证传感器使用的通用性和简易 性，满足传感器的实用性要求。本专利技术中焊枪连接支架的凹槽和多螺孔的特殊设计外加整个传感器的微小尺寸 结构使得整个传感器可以较为灵活的获得理想的观测位置，如前所示可以根据传感器固定 时焊枪部位的形状随时更换该支架，更换后其功能和效果同样可以保证，实现视觉传感器 的柔性化功能。本专利技术中电机旋转系统是保证传感器完成多种功能的核心部件，使其应用多样性 和灵活性大大增加，仅通过信号或者开关指示即可完成功能间的切换。起弧前减光滤光系 统翻起时，CCD摄像机可以得到更大的视场和清晰度，使焊接初始位置导引功能得以更好的 实现，而当起弧后减光滤光系统闭合时，减光滤光片以及隔热玻璃的作用又使得摄像头可 以拍得想要的焊缝信息，同时避免了焊接时飞溅损坏传感器，从而较好的完成焊缝跟踪功 能。系统中采用齿轮传动而不是直接用电机通过电机连接支架带动减光滤光系统运动，一 方面可保证整个旋转过程的平稳性，另一方面依靠齿轮的自锁功能可确保连接的紧密性， 保证传感器的准确工作，尽可能延长使用寿命，此实用性的特点可以保证传感器可以很好 的满足实际生产的需要。本专利技术的水冷系统可以避免因长时间工作发热以及焊接条件下的高温对CCD摄 像头造成的损害，这样便可以提高视觉传感器的使用寿命，一定的耐高温性也使得其具有 更广的使用范围，可以更好的满足长时间自动化焊接的高温操作需求，并确保监控效果，提 高了实际工作效率及效益。本专利技术具有柔性、实用、简便、易扩展等特点，有效地解决了焊接过程中利用同一 传感器无法同时或连续完成诸如初始焊接位置导引、焊缝跟踪和质量控制等多项焊接工作 的问题，同时视觉传感器的紧凑型化结构设计使焊接机器人在工作时具有了更大的操作范 围和灵活性，一方面有效地提高产品质量的稳定性和优质性，另一方面简便了工作过程同时降低了成本，最终在一定程度上提高了焊接的自动化程度，其紧凑化和实用化设计必然 代表未来传感器的一个热门发展方向。附图说明图1为本专利技术实施例结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。如图Ia和图Ib所示，本实施例包括安装支架1、CXD摄像机2、电机旋转系统3、 减光滤光系统4及水冷系统5，其中CCD摄像机2、减光滤光系统4、电机旋转系统3和水冷 系统5都固定在安装支架1上，CXD摄像机2和滤光系统4同轴设置，CXD摄像机2通过支 架与焊枪连接并实现采像，电机旋转系统3固定于CCD摄像机2上并与减光滤光系统4相 连接带动其完成翻转，减光滤光系统4的翻转可满足传感器在初始焊位导引与焊缝跟踪等 各功能之间的切换。所述的安装支架1包括焊枪连接支架6、摄像机支架7、减光滤光系统支架8、电 机旋转系统支架9，其中焊枪连接支架6将整个传感器连接在焊枪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用机器人焊接的紧凑型多功能视觉传感器，其特征在于，包括：安装支架、ＣＣＤ摄像机、电机旋转系统、减光滤光系统及水冷系统，其中：ＣＣＤ摄像机、减光滤光系统、电机旋转系统和水冷系统都固定在安装支架上，ＣＣＤ摄像机和滤光系统同轴设置，ＣＣＤ摄像机通过支架与焊枪连接并实现采像，电机旋转系统固定于ＣＣＤ摄像机上并与减光滤光系统相连接带动其完成翻转，减光滤光系统的翻转可满足传感器在初始焊位导引与焊缝跟踪等各功能之间的切换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卫善春，王健，林涛，许燕玲，陈善本，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]