专利名称：电焊焊缝的环形扫描方法
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5艮踪等。
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4^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 和所述四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4几的转轴间隔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 一个圓柱面，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 圓，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。
图1是本发明的工作原理示意图。
具体实施例方式
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l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 标准的圓环4九迹。
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濺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
的范围内，球差最大值小于0.8 mm。
光斑大小直径控制在0.4mm之内，符合最初设计要求。因光斑几何大小为0.065 17 mm, 而衍射极限是0.001 663 mm,约为39倍，所以无需担心物理光学诸如干涉的影响。
因为此镜组发出的影像成像在CCD上，所以成像的斑点大小与能量分布必须是CCD像 素点((pixels)可以接受的范围。粗略估计80%的能量分布在0.08mm的范围内，符合设计要求。
在此提出的基于环形扫描激光的视觉传感系统，按光源分应属于主动光视觉，但设计中 采用环形扫描技术，取代现有的条形扫描模式，从而可获得更多的有关焊缝的位置信息，尤 其是焊缝的三维位置信息，这对于后期的信号采集、处理和构建焊缝3D模型，解决焊缝跟 踪过程中的解释模糊和跟踪方向单一等问题具有很强的优越性。
综上，本发明的环形扫描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。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。
权利要求
1. 一种电焊焊缝的环形扫描方法，其特征在于，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。
2. 如权利要求1所述的电焊焊缝的环形扫描方法，其特征在于，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。
3. 如权利要求2所述的电焊焊缝的环形扫描方法，其特征在于，所述间距为174mm。
4. 如权利要求1所述的电焊焊缝的环形扫描方法，其特征在于，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。
5. 如权利要求4所述的电焊焊缝的环形扫描方法，其特征在于，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。
全文摘要
本发明涉及一种电焊焊缝的环形扫描方法，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，凹凸双透镜与电焊焊缝的间距是凹凸双透镜的焦距，凹凸双透镜固定在电动机的转轴上，激光二极管、电动机的转轴和凹凸双透镜的光轴平行，电动机的转轴与凹凸双透镜的光轴间隔20mm，激光二极管与电动机的转轴间隔20mm，本发明的环形扫描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。
文档编号B23K9/127GK101433995SQ20081020764
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者俊 舒 申请人:上海气焊机厂有限公司