[发明专利]适用机器人焊接的紧凑型多功能视觉传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接技术领域的装置，具体是一种适用机器人焊接的紧凑型多功能视觉传感器。

背景技术

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，发明名称“机器人MIG焊双目视觉传感系统”，该发明主要由两个CCD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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：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。

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。

本发明具有模块化的结构，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。