[发明专利]电焊焊缝的环形扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊缝跟踪方法技术领域，特别涉及焊缝扫描方法技术领域，具体是指一种电焊焊缝的环形扫描方法。

背景技术

视觉传感器由于其非接触、反应速度快、抗干扰能力强，成为机械工业自动化的重要保证。本研究设计的视觉传感器正是用于焊接自动化的过程中，如被焊工件的三维位置检测，焊缝信急识别、定位与跟踪等。

视觉传感方法分为被动光视觉技术和主动光视觉技术。在被动光视觉技术中，电弧本身就是监测位置，没有因热变形等因素引起的超前检测误差，能够直接获取焊缝接头和熔池信息，有利于焊接质量的自适应控制。然而，直接观测容易受到电弧的严重干扰，因而，基于激光三角测量原理的主动光视觉技术己成为目前焊接工业应用中主要的视觉传感方法。

扫描激光系统主要有物镜前扫描系统、物镜后扫描系统和物镜扫描系统三类。对于前两者是反射镜在作一维(直线扫描)或二维(平面扫描)的翻转运动，其各自特点下所述；而对于最后者是物镜在作旋转运动。

物镜前扫描系统：(1)反射平面镜置于物镜前方的扫描系统。(2)严格校正轴上点和轴外点像差，可以获得良好的扫描图像，而且扫描成像为一平面。(3)缺点：物镜的直径相对较大。物镜后扫描系统：(1)扫描反射镜位于物镜后方的扫描系统。(2)物镜直径相对较小，且扫描物镜只要校正轴上点像差。(3)缺点：扫描像面为一曲面，不利于图像的接收和转换。

为了获得更多的有关焊缝的位置信息，从而为后期的信号采集、处理和构建焊缝3D模型，在焊接过程中解决焊缝跟踪过程中的解释模糊和跟踪方向单一等问题，需要一种新的有效的扫描方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电焊焊缝的环形扫描方法，使用该方法可获得更多的焊缝位置信息，尤其是焊缝的三维位置信息，从而改善焊缝跟踪解释模糊和跟踪方向单一等问题。

为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案如下：

该电焊焊缝的环形扫描方法，其特点是，将激光视觉传感器靠近焊缝距离焊缝150mm～200mm，通过激光二极管发射光线，激光视觉传感器的凹凸双透镜绕距离其光轴一定距离的偏心轴作旋转运动。

较佳地，所述凹凸双透镜与所述电焊焊缝的间距是所述凹凸双透镜的焦距。

更佳地，所述间距为174mm。

较佳地，所述凹凸双透镜固定在电动机的转轴上，所述激光二极管、所述电动机的转轴和所述凹凸双透镜的光轴平行。

更佳地，所述电动机的转轴与所述凹凸双透镜的光轴间隔20mm，所述激光二极管与所述电动机的转轴间隔20mm。

本发明采用物镜扫描系统，物镜绕距离其光轴一定距离的偏心轴作旋转运动，因而物镜的光轴在系统中是运动的，运动轨迹为绕偏心轴旋转组成的一个圆柱面，当物镜严格校正像差后，平行光束通过物镜一定聚焦在光轴的焦点上，从而在旋转物镜的焦平面上扫描出一个圆，设计独特、结构紧凑，可获得更多的焊缝位置信息，尤其是焊缝的三维位置信息，从而改善焊缝跟踪解释模糊和跟踪方向单一等问题，该系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的电焊焊缝的环形扫描方法作进一步详细描述。

请参阅图1所示，用于本发明的环形扫描激光视觉传感器的光学系统，包括凹凸双透镜、电动机和激光二极管，所述激光二极管、所述电动机的转轴和所述凹凸双透镜的光轴平行，所述凹凸双透镜固定在所述电动机的转轴上。

较佳地，所述凹凸双透镜的焦距为174mm。即当透镜距离工件平面174mm时可以获得标准的圆环轨迹。

较佳地，所述电动机的转轴与所述光轴间隔20mm，所述激光二极管与所述电动机的转轴间隔20mm。为了减小视觉传感器系统的外观尺寸、减轻质量，对初步设计的凹凸双透镜进行加工。激光扫描系统的最终结构尺寸确定为：激光二极管与扫描电机轴之间距离为20mm，扫描电机轴到凹凸双透镜的光轴距离也为20mm，从而确保了形成直径为40mm的环形激光轨迹。

较佳地，还包括保护镜片，所述保护镜片与所述凹凸双透镜配合设置用于保护所述凹凸双透镜。隔热体材料可以用作保护镜片，防止在激光焊接过程中的飞溅物对光学系统产生污染。

工作时，光学镜片到焊件的工作距离为150～200mm，在距离旋转透镜约174mm的焊接工件上可获得直径为40mm的环形激光轨迹。

应用软件OSLO EDU进行成像质量分析。采用凹凸透镜结合的方法可以获得足够小的球差，偏离主光轴高度在[0mm，40mm]的范围内，球差最大值小于0.8mm。