[发明专利]一种熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊缝识别视觉传感器，尤其涉及一种用于熔化极气体保护焊焊缝识别的视觉传感器。

背景技术

人工焊接对焊接质量的控制带有主观性和不一致性，且焊接时产生的弧光和烟尘对人体有害，焊接自动化成为焊接技术发展的主要趋势。焊缝识别传感器作为焊接自动的必备部件之一，可分为接触式和非接触式两类。接触式焊缝识别传感器包括机械传感器等，非接触式焊缝识别传感器包括视觉传感器、电弧传感器、声学传感器、温度传感器和振动传感器等。其中视觉传感器由于具有获取信息量大、对焊缝识别快速、稳定、精度高等优点，目前已成为自动焊缝识别传感器的研究热点之一。视觉传感器大致可分为主动视觉传感器和被动视觉传感器。

主动视觉传感器大多采用激光光源投射到待焊焊缝表面，再通过工业相机获取激光焊缝图像，目前已形成商业化产品，例如加拿大Servo-robot公司和英国Meta公司的主动视觉传感器。但该类产品存在以下缺点：(1)由于激光条纹边缘在焊件上存在漫反射，边缘图像呈轻微锯齿状，不利于后期算法处理。(2)在焊缝跟踪时易产生阴影效应和错过视场等现象。(3)由于焊接弧光对激光存在严重干扰，故激光只能在距离熔池较远处投射，进而导致焊缝识别处相对当前焊接位置存在超前误差。由于待焊工件在焊接过程中产生热变形，焊接时的焊缝对中位置相对识别时的焊缝对中位置仍可能偏移。(4)激光光源价格较高，增加了视觉传感器的成本。

与主动视觉传感技术有所不同，被动视觉传感器直接利用相机采集焊缝区域图像，不需要辅助光源。由于在极强的弧光下采集焊接焊缝图像，电弧的辐射光强度远远高于一般工业相机的感光饱和度上限。为了去除电弧光的干扰，早期有研究者通过采用遮挡电弧的方式来采集焊接过程图像。但在熔化极气体保护焊中，电弧光照度大，即使采取了遮挡部分电弧的措施，光照度的范围依然很宽。由于超出了一般工业相机的动态范围，焊缝图像采集质量不高，图像中焊缝不明显。目前，被动视觉传感技术更多的是采用减光滤光的方法来避免强电弧光对焊接图像的干扰。但由于原始焊缝识别图像经减光滤光后图像质量下降，且熔化极气体保护焊飞溅和烟尘较多，导致相机获取的图像欠佳，给后期焊缝识别算法处理造成一定的困难。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明将强烈的电弧弧光作为一种有利的光源，充分发挥电弧弧光光照度强的优势，考虑到熔化极气体保护焊飞溅多烟尘大对图像的不利影响，提供了一种熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器，该传感器包括：弧光传输系统、图像采集系统和阻光罩相对高度恒值控制系统；所述

弧光传输系统包括：光阑、导光板、平板玻璃、转光路反射镜和阻燃海绵；

图像采集系统由带有以太网输出接口的工业相机组成；

阻光罩相对高度恒值控制系统由大力矩直流电机、丝杆、控制器、阻光罩和接触式高度传感器组成。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

1、熔化极气体保护焊焊缝识别传感器多采用激光作为光源的主动视觉技术，由于激光主动光源成本较高，本发明充分利用了弧光光照度强的特点，代替昂贵的激光光源，降低了焊缝识别传感器的成本。

2、由于熔化极气体保护焊飞溅多烟尘大，给采用减光滤光技术的被动焊缝识别视觉技术造成较大的影响。本发明在相对密封的阻光罩内采集图像，且只采集面积较小的弧光条纹，大大降低了飞溅烟尘对成像的不利影响。

3、当跟踪折线焊缝时，激光条纹投射的主动视觉传感器的跟踪速度受到一定限制。本发明投射到待识别焊缝上的是强弧光宽条纹，在两个边界上均产生畸变。依焊接方向，前方的第一个边界畸变与第二个边界畸变做比较，可顺利识别出折线焊缝的角度较大的转折点，进而避免了传统折线焊缝跟踪方法跟踪速度过慢的缺点。

4、本发明熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器体积较小，质量较轻，固定在焊枪上时，焊枪的可到达性较好。

附图说明

图1为熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器结构图；

图2为待焊工件坡口示意图；

图3为熔化极气体保护焊焊缝识别视觉传感器光路图；

图4-1为弧光宽条纹直线焊缝投射畸变示意图；

图4-2为弧光宽条纹曲线焊缝投射畸变示意图；

图4-3为弧光宽条纹折线焊缝投射畸变示意图。

具体实施方式