专利名称：一种视觉检测传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视觉检测装置，具体是一种用于机器人激光焊接过程中视觉传感获取焊后表面形貌质量，跟踪焊前焊缝路线和实时监测激光焊接熔池变化的视觉传感检测装置。
背景技术：
目前，应用于焊接机器人上的传感方式多种多样，在这些传感方法中，由于视觉传感方式具有信息量大、非接触、快速、高精度及检测范围大等优点，受到广大焊接工作者的 喜爱；现已成为机器人焊接传感器方面的研究热点。现有机器人激光焊接视觉传感器中，大多采用主动视觉和被动视觉两种方式分别解决焊前跟踪焊后形貌检测和在线熔池监测。主动式视觉检测传感器主要是利用激光束经 过柱面镜形成激光平面，投射到焊枪前方的工件焊缝上，通过滤光片过滤其他波段杂光，只 穿透激光光波波段的结构光，最后摄像机成像，视觉传感器采集焊缝激光图像，通过图像处 理计算焊缝位置，并转换成模拟信号或无线信号输出，以达到控制焊接机器人实现焊缝自 动跟踪的目的。被动视觉主要是利用焊接时产生的激光，先进行强光反射，不通过线性结构 光激光器，用减光片使光减弱，再通过滤光片过滤杂光，最后到达摄像机获得图像；由于两 种视觉方式采用的是独立的装置；使用时需要分开进行，功能单一，使用较为复杂。针对上述问题，现有科技人员通过在机器人末端增加电动滑块将焊缝跟踪和焊后 形貌检测两个传感器组合在一起，虽然将两个功能单一的传感器连接在一起，但使用时仍 然存在操控复杂，使用稳定性差，检测结果不准确等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种用于机器人激光焊接的视觉检测传感装置，该视觉检测传感装置应具有能同时获取焊后表面形貌质量、 跟踪焊前焊缝路线以及实时监测激光焊接熔池变化的特点，且结构简单合理，操控方便。本发明提供的技术方案是一种视觉检测传感装置，包括设置在夹具上的机壳，其特征在于所述机壳内包括光照射装置，包括一字线性结构光激光器及其镜片组；成像系统，包括CXD或CMOS摄像机拍摄装置；光学镜头组件，包括设置在机壳内的光学镜头组、滤光片、减光片和设置在机壳底 部的防护玻璃，所述的光学镜头组、滤光片安装在CCD或CMOS摄像机的底端；减光片安装在 机壳后盖上；所述的光学镜头组、滤光片和减光片的中心连线与摄像机的入射光线位于同 一条直线上；光反射装置，包括安装在机壳内与光照射装置、成像系统光路连接的固定反射镜 和活动反射镜；该固定反射镜与活动反射镜相互平行，且活动反射镜沿水平方向前后移 动；
机械调整装置，包括将光照射装置、成像系统、光学镜头组件、光反射装置固定在 机壳内的固定座和紧定螺钉。所述的机壳包括相互盖接的壳体和壳体盖板，壳体的底部由一防护玻璃片构成， 侧边设有开固定孔的安装板。所述防护玻璃片的底部设有一可沿水平方向移动的遮光板。所述的壳体内腔位于光照射装置和减光片下方水平设置两块相互平行的角钢，所 述上下两角钢之间开有一条使活动反射镜沿水平方向滑动的滑动槽。所述的光照射装置包括通过固定支架、螺栓竖直安装在壳体内腔上部的一字线性 结构光激光器，激光器内设有一组位置可调的镜片；一字线性结构光激光器发射的线性结 构光穿过其镜片组后，依次进入活动反射镜、固定反射镜、CXD或CMOS摄像机的光路。所述的成像系统包括通过固定支架、螺栓 竖直安装在壳体内腔上部的CXD或CMOS 摄像机，摄像机的底端依次连接有光学镜头组和滤光片，所述的光学镜光组和滤光片的中 心连线与摄像机的入射光线位于同一条直线上。所述滤光片的正下方设有一沿水平方向移动的减光片，壳体上设有一条与减光片 相匹配的滑槽，滑槽的底部设有用于支撑减光片的凸块，减光片的末端穿越过滑槽后，在滑 槽内水平移动。所述的光反射装置包括设置在光照射装置和成像系统下方的固定反射镜和活动 反射镜，所述的固定反射镜通过其中部设置的销轴、插接到固定反射镜固定座后，通过紧定 螺钉将固定反射镜固定在壳体内；所述的活动反射镜中部设有滑动轴，滑动轴的末端穿越 过滑动槽后通过紧定螺帽调节其在滑动槽上的位置。所述活动反射镜与滑动轴之间还设有角度调节块。所述的一字线性结构光激光器与CCD或CMOS摄像机分别安装在壳体的内腔中，且 一字线性结构光激光器与CXD或CMOS摄像机之间的角度为-15 15度。所述的一字线性结构光激光器与CCD或CMOS摄像机分别并排竖直安装在壳体的 内腔中，且一字线性结构光激光器与CCD或CMOS摄像机相互平行。本发明工作时分为主动 视觉、被动视觉两种工作方式工作方式1 当采用被动视觉检测时，如图2和3，拧开紧定螺帽17移动活动反射镜6至“A”工 位，转动角度调整块16至适当位置，拧紧紧定螺帽17 ；然后拧开紧定螺钉9调整固定反射 镜8至适当角度后拧紧；接着移动遮光板7-1，将其遮住A-C之间的防护玻璃片(设置遮光 板的作用是在被动视觉检测时为了防止由激光焊接熔池产生的光不经过固定反射镜8， 直接射到活动反射镜6上，造成误差)。如图2，拨动减光片5至“M”工作位置以载入减光片 5，从而达到调节光线强度的作用；最后一字线性结构光激光器断电使得一字线性结构光激 光器及其镜片组不工作。此时，由激光焊接熔池产生的光首先射到固定反射镜8上，被反射 后到达“A”工位的活动反射镜6，并经过活动反射镜6 二次反射后依次到达减光片5、滤光 片4以及CXD或CMOS摄像机拍摄系统2中。由C⑶或CMOS摄像机拍摄系统拍摄获得熔池 减光滤光后的图像，完成焊接过程中的对于激光焊接熔池的机器人在线监测，即焊接过程 中熔池检测信息的获取，图中箭头方向即为光的走线。工作方式2
当采用主动视觉检测时，首先，如图1和2所示，拧开紧定螺帽17移动活动反射镜 6至“B”工位，转动角度调整块16至适当位置，拧紧紧定螺帽17 ；然后拧开紧定螺钉9调整 固定反射镜8至适当角度后拧紧。如图2，拨动减光片5至“L”或“R”工作位置使减光片5 避开拍摄区域，即使拍摄光线的强度不变，如图5所示，减光片5在水平上的旋转，在“L”或 “R”工作位置时达到其运动极限；此时“L”或“R”工作位置的设置以减光片能避开入射光线 为限。最后一字线性结构光激光器通电使得一字线性结构光激光器及其镜片组工作；此时， 一字线性结构光激光器发射的线性结构光先穿过其镜片组到达“B”工位的活动反射镜6， 并经过反射到达固定反射镜8，再经固定反射镜8 二次反射后照射到CXD或CMOS摄像机拍 摄系统2视场内的正下方焊件E上；由CCD或CMOS摄像机拍摄系统可被直接采集该图像， 从而完成焊前焊缝跟踪或者焊后表面形貌检测信息的获取，图中箭头方向即为光的走线。本发明的有益效果是该视觉检测传感装置能同时获取焊后表面形貌质量、跟踪 焊前焊缝路线以及实时监测激光焊接熔池变化，且整个检测传感装置具有结构简单合理、 使用方便，检测准确率高的特点。
图1是本发明的主视结构示意图；图2是图1中D部的后视结构放大图；图3是本发明用于监测熔池时的结构示意图；图4是图3中F部的结构示意图；图5是图4中减光片的立体结构示意图；图6是图3中G部的结构放大图；图7是图1中活动反射镜的结构示意图；图8是图3中H部的仰视结构示意图。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
对本发明的技术方案作进一步说明。如图所示，视觉传感检测装置，包括设置在夹具上的机壳1，机壳1由相互盖接的 壳体1-1和壳体盖板1-2构成，壳体的底部由一防护玻璃片7构成，防护玻璃片的底部设有 一可沿水平方向移动的遮光板7-1 (设置遮光板的作用是在被动视觉检测时为了防止由 激光焊接熔池产生的光不经过固定反射镜8，直接射到活动反射镜6上，造成误差)，该壳体 的侧边设有开槽和孔的安装板10。所述壳体内腔上部并排竖直设置光照射装置11和成像系统2 (所述的光照射装置 11和成像系统2之间也可相对旋转，两者之间的活动角度为-15 15度；即成像系统2可 沿轴心向左或向右旋转15度)，内腔下部设有与光照射装置11和成像系统2光路连接的光 反射装置。所述的光照射装置11包括通过固定支架13、螺栓12竖直安装在壳体内腔上部 的一字线性结构光激光器11-1，激光器内设有一组位置可调的镜片11-2。所述的成像系统 2包括通过固定支架2-3、螺栓2-3竖直安装在壳体内腔上部的CXD或CMOS摄像机2_1，摄 像机2-1的底端依次连接有光学镜头组3和滤光片4，所述的光学镜光组3和滤光片4与摄 像机2-1的入射光线位于同一条直线上。所述的成像系统2与光反射装置之间还设有可调节光反射强度的减光片5，所述的减光片可在水平方向前后移动，从而调节经过光反射装置反射出来的光线。所述减光片的末端开有螺栓孔5-4，壳体上设有一条与减光片相匹配的滑 槽5-1，滑槽的底部设有用于支撑减光片的凸块5-2，减光片的末端5-3穿越过滑槽后，通过 螺栓5-5将其定位在凸块上；使用时，只要将螺栓拧开后调整减光片的水平位置关系，从而 调整经光反射装置反射的光线是否需要被减光处理。所述的光反射装置包括设置在光照射装置和成像系统下方的固定反射镜8和活 动反射镜6，所述的一字线性结构光激光器发射的线性结构光穿过其镜片组后，依次与活动 反射镜6、固定反射镜8、C⑶或CMOS摄像机2光路连接。所述的固定反射镜8通过其中部设置的销轴8-1、插接到固定反射镜固定座8-2 后，通过紧定螺钉9将固定反射镜8固定在壳体1-1内。所述壳体1-1内腔位于光照射装置 11和减光片5下方水平设置两块相互平行的角钢6-1、6-2，所述上下两角钢之间开有一条 使活动反射镜6沿水平方向滑动的滑动槽6-3。所述的活动反射镜6中部设有滑动轴6-1， 滑动轴的末端穿越过滑动槽后通过紧定螺帽17调节其在滑动槽6-3上的位置。所述活动反射镜6与滑动轴之间还设有角度调节块16，通过设置角度调节块16对 活动反射镜6的位置进行调节，从而调节进入活动反射镜的入射光的入射角度。所述的光照射装置11和成像系统2的数据线14、15分别从壳体穿出后与外部电 源连通。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
一种视觉检测传感装置，包括设置在夹具上的机壳(1)，其特征在于机壳内包括光照射装置(11)，包括一字线性结构光激光器及其镜片组；成像系统(2)，包括CCD或CMOS摄像机拍摄装置；光学镜头组件，包括设置在机壳内的光学镜头组(3)、滤光片(4)、减光片(5)和设置在机壳底部的防护玻璃(7)，所述的光学镜头组、滤光片安装在CCD或CMOS摄像机的底端；减光片安装在机壳后盖上；所述的光学镜光组、滤光片和减光片与摄像机的入射光线位于同一条直线上；光反射装置，包括安装在机壳内与光照射装置、成像系统光路连接的固定反射镜(8)和活动反射镜(6)；该固定反射镜与活动反射镜相互平行，且活动反射镜沿水平方向前后移动；机械调整装置，包括将光照射装置、成像系统、光学镜头组件、光反射装置固定在机壳内的固定座和紧定螺钉。
2.根据权利要求1所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的机壳(1)包括相互 盖接的壳体(1-1)和壳体盖板(1-2)，壳体的底部由一防护玻璃片(7)构成，该防护玻璃片(7)的底部设有一可沿水平方向移动的遮光板(7-1)，壳体的侧边设有开固定孔的安装板 (10)。
3.根据权利要求1或2所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的壳体(1-1)内 腔位于光照射装置(11)和减光片(5)下方水平设置两块相互平行的角钢(6-1、6-2)，所述 上下两角钢之间开有一条使活动反射镜(6)沿水平方向滑动的滑动槽(6-3)。
4.根据权利要求3所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的光照射装置(11) 包括通过固定支架(13)、螺栓(12)竖直安装在壳体内腔上部的一字线性结构光激光器 (11-1)，激光器内设有一组位置可调的镜片(11-2)；—字线性结构光激光器发射的线性结 构光穿过其镜片组后，依次与活动反射镜(6)、固定反射镜(8)、CCD或CMOS摄像机(2)光 路连接。
5.根据权利要求4所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的成像系统(2)包括 通过固定支架(2-3)、螺栓(2-3)竖直安装在壳体内腔上部的C⑶或CMOS摄像机(2_1)，摄 像机(2-1)的底端依次连接有光学镜头组(3)和滤光片(4)，所述的光学镜光组(3)和滤光 片(4)与摄像机(2-1)的入射光线位于同一条直线上。
6.根据权利要求5所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述滤光片(4)的正下方 设有一沿水平方向移动的减光片(5)，壳体上设有一条与减光片相匹配的滑槽(5-1)，滑槽 的底部设有用于支撑减光片的凸块(5-2)，减光片的末端(5-3)穿越过滑槽后，在滑槽内水 平移动。
7.根据权利要求6所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的光反射装置包括设 置在光照射装置和成像系统下方的固定反射镜(8)和活动反射镜(6)，所述的固定反射镜(8)通过其中部设置的销轴(8-1)、插接到固定反射镜固定座(8-2)后，通过紧定螺钉(9) 将固定反射镜(8)固定在壳体(1-1)内；所述的活动反射镜(6)中部设有滑动轴(6 1)， 滑动轴的末端穿越过滑动槽后通过紧定螺帽(17)调节其在滑动槽(6-3)上的位置。
8.根据权利要求7所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述活动反射镜(6)与滑 动轴之间还设有角度调节块(16)。
9.根据权利要求8所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的一字线性结构光激 光器与CCD或CMOS摄像机分别安装在壳体的内腔中，且一字线性结构光激光器与CCD或 CMOS摄像机之间的角度为0-30度。
10.根据权利要求9所述的视觉检测传感装置，其特征在于所述的一字线性结构光激 光器与CCD或CMOS摄像机分别并排竖直安装在壳体的内腔中，且一字线性结构光激光器与 CXD或CMOS摄像机相互平行。
全文摘要
本发明涉及视觉检测装置，具体是一种用于机器人激光焊接过程中视觉传感获取焊后表面形貌质量，跟踪焊前焊缝路线和实时监测激光焊接熔池变化的视觉传感检测装置。目的是提供一种用于机器人激光焊接的视觉检测传感装置，该视觉检测传感装置应具有能同时获取焊后表面形貌质量、跟踪焊前焊缝路线以及实时监测激光焊接熔池变化的特点，且结构简单合理，操控方便。本发明提供的技术方案是一种视觉检测传感装置，包括设置在夹具上的机壳，其特征在于所述机壳内包括光照射装置，成像系统，光学镜头组件，光反射装置，机械调整装置。
文档编号B25J19/00GK101797665SQ201010105629
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者张路, 张雷, 武传宇, 胡旭东, 陈洪立 申请人:浙江理工大学