一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置

1.本实用新型属于焊接机器人智能化视觉系统技术领域，尤其涉及一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置。


背景技术：

2.由于焊接机器人具有精度高、可重复性强和工作效率高等优势，因此广泛用于船舶、汽车和汽轮机等复杂构件的焊接制造。同时，焊接机器人对工人工作环境的改善，以及企业生产成本的控制起着重要作用。在实际生产中，焊接人员在焊接开始前采用离线示教的方式，对焊枪的运动路径进行规划。启动焊接后，通过目视检测的方式，对焊接质量实时评估。尽管此种方法一定程度上降低了工人的劳动强度，但仍存在规划的焊接路径无法根据焊道变形进行动态调整、焊接质量控制完全依赖人工经验。
3.为解决上述问题，焊接自动化和智能化已成为发展的必然趋势。焊接机器人智能化以视觉技术为导向，通过在焊枪前后，分别设置结构光视觉测量单元和被动光熔池监测单元，利用三维测量技术、机器人控制技术和人工智能监测方法，使焊接机器人实现焊缝位置检测和纠偏、以及熔池检测和质量控制。然而，焊接工作环境恶劣，而且不同焊接条件、不同焊接工艺对应的相机最佳拍摄角度也不相同，因此对相机固定装置提出抗干扰、可调整位姿的要求。而现有的焊接相机固定装置主要有两个问题：固定角度拍摄，无法调节拍摄位姿，适用性低；只考虑结构光相机或者只考虑被动光相机固定装置，造成受力不均，容易引发机械臂连接处金属疲劳。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置。
5.本实用新型的一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置，通过夹具固定装置可拆卸的安装在焊枪末端，夹具固定装置为前后两个半圆夹具组成。
6.夹具固定装置后半圆部分通过左右的两个螺栓与“z”型连接板一固定，“z”型连接板一左侧设置两条纵向移动导轨，纵向移动导轨与“u”型连接板中部设置的的两条横向移动导轨相配合；同时，结构光传感器通过上侧的两个螺栓安装在“u”型连接板上。
7.夹具固定装置前半圆部分通过左右的两个螺栓与“z”型连接板二左端的弧形孔固定，“z”型连接板二右侧设置两条纵向重载导轨，“u”型横向移动导轨通过左右的两个螺栓固定在两条纵向重载导轨上，被动光传感器通过“u”型横向移动导轨前侧的4个螺栓安装在“u”型横向移动导轨上。
8.进一步的，结构光传感器内部包括cmos相机和一字激光器，采用斜射式方案；结构光传感器通过传感器外壳实现整体的封闭，同时在焊枪和相机之间增加不透光挡光板。
9.进一步的，被动光传感器内部包括cmos相机，采用直射式方案，并且通过相机保护壳与滤光片，保证镜头部分的防护和密封。
10.本实用新型的有益技术效果为：
11.本实用新型通过横向、纵向移动滑轨和可移动弧形孔的设计，实现了用于熔池监测的被动光视觉传感器的位置调整，以及调整用于焊缝位置检测的结构光视觉传感器位置。通过弧形孔的设计实现了两种视觉传感器的拍摄角度调整功能，提升了固定装置的适应性。根据两种传感器的前后位置关系，设计的双传感器固定装置使得结构件受力均匀，理论使用寿命更长。
12.本实用新型采用模块化设计，集成了机械臂夹具固定装置、滑轨、弧形孔固定单元和传感器外壳，机械结构紧凑，拆装方便，维修成本低。
13.本实用新型集成化程度高，密封性能好，降低了电弧光噪声对相机拍摄的影响，以及阻挡了焊接飞溅对相机的物理损伤。相机的整体防护等级达到ip53。
附图说明
14.图1是本实用新型的整体视图。
15.图2是本实用新型的俯视图。
16.图3是本实用新型的爆炸视图。
17.图3中标号释义：1-结构光传感器；2
‑“
u”型连接板；3-横向移动导轨；4-纵向移动导轨；5
‑“
z”型连接板一；6-夹具固定装置；7-弧形孔；8
‑“
z”型连接板二；9-纵向重载导轨；10
‑“
u”型横向移动导轨；11-被动光传感器。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
19.如图1-3所示，本实用新型的焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置主要结构包括结构光传感器1、“u”型连接板2、横向移动导轨3、纵向移动导轨4、“z”型连接板一5、夹具固定装置6、弧形孔7、“z”型连接板二8、纵向重载导轨9、“u”型横向移动导轨10和被动光传感器11。
20.结构光传感器1内部包括cmos相机和一字激光器，采用斜射式方案。结构光传感器1通过传感器外壳实现整体的封闭，同时在焊枪和相机之间增加了不透光挡光板，降低了电弧光噪声并且阻挡了焊接飞溅对相机的物理损伤。结构光传感器1通过上侧的两个螺栓安装在“u”型连接板2上，使得结构光传感器1可以左右移动，范围为
±
25mm。“u”型连接板2上的两条横向移动导轨3固定在两条纵向移动导轨4，使得结构光传感器1和“u”型连接板2组合件可以上下移动，范围为
±
30mm，提高了整体装置在应对不同实际相机焦距的适应性，相机高度的设计需要依据实际相机焦距而选择，合适的相机高度可以使得焊缝图片成像在正中间。两条纵向移动导轨4与“z”型连接板一5为一体。夹具固定装置6通过左右的两个螺栓与“z”型连接板一5固定。夹具固定装置6通过两个零件组合的方式，使用四个螺栓可以保证整个装置固定在焊枪末端。
21.被动光传感器11内部包括cmos相机，采用直射式方案，并且通过相机保护壳与滤光片，保证镜头部分的防护和密封，防止焊接过程中产生强烈的电弧光干扰和飞溅。被动光传感器11通过“u”型横向移动导10前侧的4个螺栓，安装在“u”型横向移动导10上，使得被动光传感器11可以左右移动，范围为
±
25mm，从而调节焊枪和相机光轴线的水平距离，保证焊
缝跟踪精度，适应焊缝曲率阈值。“u”型横向移动导10通过左右的两个螺栓，固定在两条纵向重载导轨9上，使得“u”型横向移动导10和被动光传感器11组合件可以上下移动，范围为
±
30mm。两条纵向重载导轨9与“z”型连接板二8为一体。“z”型连接板二8上的弧形孔7可以调整传感器的拍摄角度，角度范围为
±
20
°
，可以根据相机高度和前置距离进行调整，并且具有的可靠性高、机械结构简单。夹具固定装置6通过左右的两个螺栓与弧形孔7固定。


技术特征：
1.一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置，其特征在于，通过夹具固定装置(6)可拆卸的安装在焊枪末端，夹具固定装置(6)为前后两个半圆夹具组成；夹具固定装置(6)后半圆部分通过左右的两个螺栓与“z”型连接板一(5)固定，“z”型连接板一(5)左侧设置两条纵向移动导轨(4)，纵向移动导轨(4)与“u”型连接板(2)中部设置的两条横向移动导轨(3)相配合；同时，结构光传感器(1)通过上侧的两个螺栓安装在“u”型连接板(2)上；夹具固定装置(6)前半圆部分通过左右的两个螺栓与“z”型连接板二(8)左端的弧形孔(7)固定，“z”型连接板二(8)右侧设置两条纵向重载导轨(9)，“u”型横向移动导轨(10)通过左右的两个螺栓固定在两条纵向重载导轨(9)上，被动光传感器(11)通过“u”型横向移动导轨(10)前侧的4个螺栓安装在“u”型横向移动导轨(10)上。2.根据权利要求1所述一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置，其特征在于，所述结构光传感器(1)内部包括cmos相机和一字激光器，采用斜射式方案；结构光传感器(1)通过传感器外壳实现整体的封闭，同时在焊枪和相机之间增加不透光挡光板。3.根据权利要求1所述一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置，其特征在于，所述被动光传感器(11)内部包括cmos相机，采用直射式方案，并且通过相机保护壳与滤光片，保证镜头部分的防护和密封。

技术总结
本实用新型公开了一种焊缝位置检测及熔池监测的传感器固定装置，主要结构包括结构光传感器、“U”型连接板、横向移动导轨、纵向移动导轨、“Z”型连接板一、夹具固定装置、弧形孔、“Z”型连接板二、纵向重载导轨、“U”型横向移动导轨和被动光传感器。本实用新型可动态调整两个传感器的位置和拍摄角度，从而提高对不同焊接条件、不同焊接装置、不同焊接工艺的适应性和稳定性。和稳定性。和稳定性。


技术研发人员：孙永奎 金宇荣 李瑞晨 马磊 唐启超 王清沂 熊建坤 徐健
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/12/1