[发明专利]机器人焊接寻位与跟踪用视觉传感器

说明书

一种机器人焊接寻位与跟踪用视觉传感器，包括：基于3D打印技术制造的壳体和设置于其内部的用于采集焊前寻位与焊接过程焊缝跟踪图像的图像采集机构、光源、光线反射机构和用于调节不同曝光时间的减光‑滤光机构，其中：图像采集机构和减光滤光机构同轴设置于壳体内一侧，激光光源和光线反射机构设置于壳体内另一侧，光源与寻位跟踪控制模块相连并接收控制指令，光源输出的激光经光线反射机构反射至工件表面后，通过图像采集机构采集并输出至寻位跟踪控制模块并得到焊接过程焊缝图像信息。

技术领域

本发明涉及的是工业机器人智能化焊接领域，具体是一种机器人焊接寻位与跟踪用主动视觉传感器装置。

背景技术

机器人智能化焊接具有工作效率高、质量稳定和改善劳动条件等优点，在汽车制造、船舶重工及装备制造等领域应用广泛，是现代智能制造中不可缺少的部分。目前，国内外大部分实际焊接生产中使用的机器人是“示教-再现”型机器人，这种类型的机器人对示教轨迹偏差没有适应性，不具备初始焊接寻位与焊缝的实时跟踪控制功能。同时实际焊接过程中的工况是复杂多变的，这增加了机器人初始焊位导引与焊缝的实时跟踪控制的难度。因此迫切需要进行基于视觉传感技术的研究，开发出一种能在实际复杂工况下进行焊接快速寻位与跟踪的视觉传感器。

发明内容

本发明针对现有主动视觉传感器存在激光线特征不明显，采用传统机械加工方式限制存在很多设计冗余导致传感器体积及重量过大的问题，提出一种机器人焊接寻位与跟踪用视觉传感器。根据3D打印制造的特点进行了优化设计，由传统的繁琐机加工改为3D打印整体成形，减少设计冗余，提高原型的设计效率，满足机器人在实际焊接过程中进行初始焊位导引与焊缝的实时跟踪控制的要求；在视觉传感器内部利用二级反射光路有效增大激光线的入射角，使得激光线特征更加明显，有利于焊缝特征的提取，解决现有传感器激光线特征不明显难于提取焊缝特征问题，并减少了软件算法的难度和处理时间，增加了系统的实时性；依据焊接过程实际焊接光谱，传感器设计了减光-滤光系统过滤弧光进行焊接图像的采集；首次采用轻质、高韧性耐温尼龙材料完成传感器本体的制造工作，极大的减轻传感器质量，降低制造成本，减轻了机器人末端关节的负载，可采用小负载焊接机器人，节约焊接系统整体成本；采用内置式气道空冷和紫铜板散热，解决焊接条件下机器人焊接传感器装置难于长时间连续性工作问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：基于3D打印技术制造的壳体和设置于其内部的用于采集焊前寻位与焊接过程焊缝跟踪图像的图像采集机构、光源、光线反射机构和用于减少弧光干扰的减光-滤光机构，以及内置式的系统冷却模块结构，其中：图像采集机构和减光滤光机构同轴设置于壳体内一侧，激光光源和光线反射机构设置于壳体内另一侧，光源与寻位跟踪控制模块相连并接收控制指令，光源输出的激光经光线反射机构反射至工件表面后，通过图像采集机构采集并输出至寻位跟踪控制模块并得到焊缝位置图像信息。

所述的壳体包括：外壳以及与之相连的支架和挡板。

所述的光线反射机构包括：一级反射镜、二级反射镜以及与外壳相连接的反射镜支架。

所述的视觉传感器中的壳体、光线反射机构和减光滤光机构的固定支架均采用高强度、高韧性尼龙材料通过3D打印技术制造得到，极大地减轻了传感器质量，降低制造成本，减轻了机器人末端关节的负载，可采用小负载焊接机器人，节约焊接系统整体成本，优化了结构设计，提高了原型机的设计效率，本装置可做到一款一型、“因需制宜”，实现传感器的柔性化功能制造。

所述的寻位跟踪控制模块包括：机器人通讯单元、图像采集及处理单元和激光光源控制单元，其中：机器人通讯单元与工控机相连并传输机器人位置信息，图像采集与处理单元与摄像机及工控机相连并传输工况图像信息，激光控制单元与光源相连并传输激光通断信息。

技术效果