一种焊缝跟踪传感器结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种焊缝跟踪传感器结构，包括：可发射出条形红激光的激光器；可调整角度的手动转台；通过支架固定在手动转台上的激光反射镜；带镜头的工业相机；固定在底板上由电机驱动、且可由外部信号控制的丝杆滑台；固定在丝杆滑台上的滤镜；能够透光又能挡住焊接时的飞溅以保护相机和激光器的有机玻璃板，将其安装在下板上的滑槽内以方便在其被飞溅和烟雾污染后进行更换；安装在传感器外壳与焊枪之间的角位台，通过它可以手动调整传感器整体相对于焊枪的角度。本实用新型所提供的焊缝跟踪传感器，结构简单紧凑，可调节性强，可适用于机器人自动焊接的场合。
【专利说明】
一种焊缝跟踪传感器结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人焊接技术领域，具体涉及一种焊缝跟踪传感器结构，是一种焊缝跟踪主动视觉传感器。
【背景技术】
[0002]随着生产的发展，对产品的焊接质量的要求越来越高，同时又要求改善工人的劳动强度。自动化焊接是发展方向。而在自动化焊接中，检测和引导是焊接质量的保证。因此，焊缝跟踪传感器技术是实现机器人焊接自动化的前提。
[0003]目前，应用于焊接机器人的上的传感方式多种多样，其中视觉传感方式具有采集信息量大、非接触、快速、高精度及检测范围大等优点，成为机器人焊接传感器方面的研究热点。在各种视觉传感器中，又以主动视觉传感器结构简单，更易于实现。主动视觉传感器利用激光作为成像光源，使用CCD摄像机来采集激光照射在连接处时的图像信息。由于激光是单波长，相干性好，不易受外部的干扰。因此，可以克服焊接过程中强烈的电弧光、电弧热、烟雾及飞溅等的影响。
[0004]目前，大多数激光传感器都是设计成固定地安装在焊枪上，且激光束与摄像机视线之间的夹角也是固定不可调的。这样就不能针对不同的焊接状况来调整传感器的角度。另外，这些传感器的滤光系统的移进移出，通过气动装置或直流电机加齿条实现。这种设计提高了传感器的自动化的程度，然而其操作的便利性和可靠性并不强。
【实用新型内容】
[0005]针对以上问题，本实用新型提供一种焊缝跟踪传感器结构:传感器整体与焊枪之间的角度可以调整，激光束与摄像机视线之间的角度亦可调整。本实用新型的滤光系统由步进电机驱动，可以被准确地定位并得到有效的控制，且并不依赖某些特殊的设备。
[0006]本实用新型的技术方案通过以下措施实现:
[0007]—种焊缝跟踪传感器结构，包括:支撑和固定内部各元件的底板;连接底板和角位台的右侧板;对内部元件起保护作用的侧弯板；用来支撑激光器套座并为其定位的激光器支架，其上开有一矩形槽来安装激光器套座，其下方则安装于底板上所开的两个矩形槽中；用于反射激光的反射镜片，安装在反射镜支架上所开的圆形槽中；反射镜支架，固定在其下方的手动转台的转台台面上，可随转台台面一起转动;手动转台，安装在底板上为其开的矩形槽中；带散热片的工业相机;用以安装固定工业相机的相机支架，其下部有一个圆形大孔以套住工业相机下部的圆柱段，其上部通过后固定板来压紧工业相机，工业相机的两侧固定在相机支架的左右两侧板上;丝杆滑台，其安装在底板上的矩形槽内；滤镜，安装在滤镜支架上;滤镜支架，其与滤镜相接的部分开有圆形口以透光，其与丝杆滑台相连接的部分开有一个条形槽，其使得滤镜支架和滤镜整体可以沿相机的光轴方向移动以调整位置;丝杆滑台，其滑台上有两个平行于相机光轴方向分布的螺钉，通过滤镜支架上的条形窄槽固定滤镜支架;有机玻璃板，其呈矩形长条形，左右两端各设有一小段伸出部，其中左端伸出部上钻有一孔;下板，其右端安装有一有机玻璃固定块压住有机玻璃板的右端伸出部，下板左端的伸出部分上钻有一孔固定有机玻璃板的左端伸出部，其中间部分开有两个矩形口以通过光线；用于连接焊枪的焊枪连接装置，连接设置在右侧板右下侧。
[0008]进一步地，所述激光器、工业相机、手动转台的底座、丝杆滑台的底座以及焊枪的相对位置固定，都通过底板上的矩形槽来定位。
[0009]进一步地，激光器的中心轴线、工业相机的光轴、反射镜片的中心线、滤镜的中心线以及焊枪的中心线在一个平面内。
[0010]进一步地，激光器采用倾斜式的安装，并通过下方的反射镜片来反射激光，使得激光可以照射到右边工业相机的下方视野内。
[0011]进一步地，滤镜通过滤镜支架与丝杆滑台的滑台固定，通过控制丝杆滑台的微型步进电机来驱动丝杆转动，以完成滤镜的移入和移出。
[0012]进一步地，所述下板的内侧有矩形滑槽以安放有机玻璃板。
[0013]进一步地，所述的焊枪连接装置包括角位台、左夹持块以及右夹持块，所述角位台包括连接右侧板的角位台台面和角位台底座，所述左夹持块的右面和右夹持块的左面均设置有用于安装焊枪的半圆槽，所述角位台底座固定在左夹持块上部左侧的矩形凹槽内。
[0014]进一步地，右侧板与角位台之间装有硬质耐热的绝缘塑料垫片，包括位于右侧板下部左右两侧的矩形槽内的内绝缘垫片和外绝缘垫片，角位台台面嵌入安装在外绝缘垫片上的矩形槽内。它们将传感器与焊枪隔开，以避免焊接时的高电压、电流破坏传感器内部的元件。
[0015]进一步地，所述左夹持块的上部沿靠近右侧板的方向倾斜设置。且其左侧面上有矩形槽以安装底座，角位采用倾斜安装以避免在调整传感器角度时，角位台的偏转太大。
[0016]进一步地，右侧板右侧下方安装有用以阻挡焊接时的飞溅和烟雾的下挡板，所述的下档板伸向下方的长度可尽量大，以挡住焊接时的飞溅和烟雾，但不能挡住工业相机的视线。
[0017]相比现有的主动视觉焊缝跟踪传感器相比，本实用新型的优点有:
[0018]采用步进电机驱动的丝杆滑台来加载和移除滤镜，相比采用直流电机加齿条的设计，本设计可以准确地控制滤镜的运动，并在到达目标位置后及时让电机断电停转。从而可避免在滤镜到达目标位置后电机仍处在通电状态而烧坏电机的情况的发生。
[0019]采用反射激光的方式将激光射入相机视场，将激光器倾斜安装，激光器的头部远离相机中心线，尾部则靠近相机中心线。这样可以使得传感器的尺寸更小、结构更紧凑。同时在激光器下方设置反射镜，可以方便地调节激光的射入角度，而不用去移动激光器。
[0020]在传感器与焊枪的连接处加入可调角度的角位台，可以方便地调节传感器整体的角度。角位台由丝杆驱动，自锁性好，一旦调整到目标位置后只要不动旋钮，其与传感器相连接的台面就不会移动。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0022]图2是本实用新型的右视不意图。
[0023]图中:I侧板;2激光器套座;3激光器支架;4激光器;5反射镜片;6反射镜支架;7转台台面;8手动转台；9有机玻璃板；10下板；11微型步进电机；12丝杆滑台；13丝杆；14滤镜；15滤镜支架；16滑台；17有机玻璃固定块;18下挡板;19右夹持块;20左夹持块;21焊枪;22角位台台面;23角位台；24外绝缘垫片;25内绝缘垫片;26角位台底座;27相机支架;28散热片；29后固定板;30工业相机;31右侧板;32底板。
【具体实施方式】
[0024]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型为技术方案进行实施，有详细的实施方式及具体操作过程。本实用新型保护范围不限于下述实施例。
[0025]如图1和图2所示，一种焊缝跟踪传感器结构，包括:支撑和固定内
[0026]部各元件的底板32;连接底板32和角位台23的右侧板31;对内部元件起保护作用的侧弯板I;用来支撑激光器套座2并为其定位的激光器支架3，其上开有一矩形槽来安装激光器套座2，其下方则安装于底板32上所开的两个矩形槽中；用于反射激光的反射镜片5，安装在反射镜支架6上所开的圆形槽中；反射镜支架6，固定在其下方的手动转台8的转台台面7上，可随转台台面7—起转动;手动转台8，安装在底板32上为其开的矩形槽中；带散热片(28)的工业相机30;用以安装固定工业相机30的相机支架27，其下部有一个圆形大孔以套住工业相机30下部的圆柱段，其上部通过后固定板29来压紧工业相机30，工业相机30的两侧固定在相机支架27的左右两侧板上;丝杆滑台12，其安装在底板32上的矩形槽内；滤镜14，安装在滤镜支架15上;滤镜支架15，其与滤镜14相接的部分开有圆形口以透光，其与丝杆滑台12相连接的部分开有一个条形槽，其使得滤镜支架15和滤镜14整体可以沿相机的光轴方向移动以调整位置;丝杆滑台12，其滑台上有两个平行于相机光轴方向分布的螺钉，通过滤镜支架15上的条形窄槽固定滤镜支架15;有机玻璃板9，其呈矩形长条形，左右两端各设有一小段伸出部，其中左端伸出部上钻有一孔;下板10，其右端安装有一有机玻璃固定块17压住有机玻璃板9的右端伸出部，下板10左端的伸出部分上钻有一孔固定有机玻璃板9的左端伸出部，其中间部分开有两个矩形口以通过光线；用于连接焊枪的焊枪连接装置，连接设置在右侧板31右下侧。
[0027]所述激光器4、工业相机30、手动转台8的底座、丝杆滑台12的底座以及焊枪21的相对位置固定，都通过底板32上的矩形槽来定位。
[0028]激光器4的中心轴线、工业相机30的光轴、反射镜片5的中心线、滤镜14的中心线以及焊枪21的中心线在一个平面内。
[0029]激光器4采用倾斜式的安装，与工业相机30的中心线呈25度夹角，激光束向下远离工业相机射出，并通过下方的可调节角度的反射镜片5反射到工业相机30下方视野内，反射镜片5处在初始位置时，反射出的光线与相机的光轴成25°角。通过调节手动转台8的旋钮，可以调节反射镜片5的角度，进而可调节激光射入工业相机30视野时的角度。
[0030]所述滤镜14通过滤镜支架15与丝杆滑台12的滑台16固定，通过控制丝杆滑台12的微型步进电机11来驱动丝杆13转动，以完成滤镜14的移入和移出，微型步进电机则由一单片机来驱动，单片机会根据外部所给的控制信号来选择驱动步进电机转动的转向。
[0031]所述下板10的内侧有矩形滑槽以安放有机玻璃板9，所述的有机玻璃板9安装在下板10的滑槽内，下板10右端安装有一有机玻璃固定块17，该固定块安装在下板10上后，与下板10的滑槽底面形成一个间隙，有机玻璃板9从下板10左端插入滑槽内后，其右端伸出卡入上述间隙中，有机玻璃板9左端的通孔与下板10上的螺纹孔正对，用一螺钉即可完全固定有机玻璃板9。
[0032]所述的焊枪连接装置包括角位台23、左夹持块20以及右夹持块19，所述角位台23包括连接右侧板31的角位台台面22和角位台底座26，所述左夹持块20的右面和右夹持块19的左面均设置有用于安装焊枪21的半圆槽，所述角位台底座26固定在左夹持块20上部左侧的矩形凹槽内，通过角位台23可以手动调整传感器整体相对于焊枪的角度。
[0033]右侧板31与角位台23之间装有由POM聚甲醛板加工成的硬质耐热的绝缘塑料垫片，包括位于右侧板31下部左右两侧的矩形槽内的内绝缘垫片25和外绝缘垫片24，且在它们与矩形槽底面相接触的面上有数个突出的圆筒形结构，这些圆筒形结构可以插入到右侧板31上矩形槽底面上的圆孔中；而这些圆筒形结构的内圆孔则可以通过螺钉。其中右侧的绝缘垫片即外绝缘垫片24右侧面上又开有矩形槽，以安装角位台台面22。角位台底座26安装在左夹持块20左面上的矩形槽内。内绝缘垫片25和外绝缘垫片24将传感器与焊枪隔开，以避免焊接时的高电压、电流破坏传感器内部的元件。
[0034]所述左夹持块20的上部沿靠近右侧板31的方向倾斜设置，与竖直方向成7°角，故在安装好传感器后，将角位台台面22向下调7°角，并以此为初始位置，此时传感器的右侧板31与竖直方向平行。由于传感器整体与角位台台面22固定，角位台底座26则与右夹持块固定，因此调整角位台23的角度，则可调整传感器整体与焊枪之间的角度，采用倾斜安装可以避免在调整传感器角度时，角位台23的偏转太大。
[0035]右侧板31右侧下方安装有用以阻挡焊接时的飞溅和烟雾的下挡板18，所述的下档板18伸向下方的长度可尽量大，以挡住焊接时的飞溅和烟雾，但不能挡住工业相机的视线。
[0036]本实施例结构紧凑，可调节性强，适用范围更广，安装和拆卸也较方便;可以满足焊接起始位置的寻找、焊缝跟踪及焊接过程中的纠偏，可为焊接的自动化和焊接质量的优化提供帮助。
[0037]本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种焊缝跟踪传感器结构，其特征在于，包括:支撑和固定内部各元件的底板(32);连接底板(32)和角位台(23)的右侧板(31);对内部元件起保护作用的侧弯板(I);用来支撑激光器套座(2)并为其定位的激光器支架(3)，其上开有一矩形槽来安装激光器套座(2)，其下方则安装于底板(32)上所开的两个矩形槽中；用于反射激光的反射镜片(5)，安装在反射镜支架(6)上所开的圆形槽中；反射镜支架(6)，固定在其下方的手动转台(8)的转台台面(7)上，可随转台台面(7)—起转动;手动转台(8)，安装在底板(32)上为其开的矩形槽中；带散热片(28)的工业相机(30);用以安装固定工业相机(30)的相机支架(27)，其下部有一个圆形大孔以套住工业相机(30)下部的圆柱段，其上部通过后固定板(29)来压紧工业相机(30)，工业相机(30)的两侧固定在相机支架(27)的左右两侧板上;丝杆滑台(12)，其安装在底板(32)上的矩形槽内；滤镜(14)，安装在滤镜支架(15)上;滤镜支架(15)，其与滤镜(14)相接的部分开有圆形口以透光，其与丝杆滑台(12)相连接的部分开有一个条形槽，其使得滤镜支架(15)和滤镜(14)整体可以沿相机的光轴方向移动以调整位置;丝杆滑台(12)，其滑台上有两个平行于相机光轴方向分布的螺钉，通过滤镜支架(15)上的条形窄槽固定滤镜支架(15);有机玻璃板(9)，其呈矩形长条形，左右两端各设有一小段伸出部，其中左端伸出部上钻有一孔;下板(10)，其右端安装有一有机玻璃固定块(17)压住有机玻璃板(9)的右端伸出部，下板(1 )左端的伸出部分上钻有一孔固定有机玻璃板(9 )的左端伸出部，其中间部分开有两个矩形口以通过光线；用于连接焊枪的焊枪连接装置，连接设置在右侧板(31)右下侧。2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:所述激光器(4)、工业相机(30 )、手动转台(8 )的底座、丝杆滑台(12 )的底座以及焊枪(21)的相对位置固定，都通过底板(32)上的矩形槽来定位。3.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:激光器(4)的中心轴线、工业相机(30)的光轴、反射镜片(5)的中心线、滤镜(14)的中心线以及焊枪(21)的中心线在一个平面内。4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:激光器(4)采用倾斜式的安装，并通过下方的反射镜片(5)来反射激光，使得激光可以照射到右边工业相机(30)的下方视野内。5.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:滤镜(14)通过滤镜支架(15)与丝杆滑台(12)的滑台(16)固定，通过控制丝杆滑台(12)的微型步进电机(11)来驱动丝杆(13)转动，以完成滤镜(14)的移入和移出。6.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:所述下板(10)的内侧有矩形滑槽以安放有机玻璃板(9 )。7.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于: 所述的焊枪连接装置包括角位台(23)、左夹持块(20)以及右夹持块(19)，所述角位台(23)包括连接右侧板(31)的角位台台面(22)和角位台底座(26)，所述左夹持块(20)的右面和右夹持块(19)的左面均设置有用于安装焊枪(21)的半圆槽，所述角位台底座(26)固定在左夹持块(20)上部左侧的矩形凹槽内。8.根据权利要求7所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:右侧板(31)与角位台(23)之间装有硬质耐热的绝缘塑料垫片，包括位于右侧板(31)下部左右两侧的矩形槽内的内绝缘垫片(25)和外绝缘垫片(24)，角位台台面(22)嵌入安装在外绝缘垫片(24)上的矩形槽内。9.根据权利要求7所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:所述左夹持块(20)的上部沿靠近右侧板(31)的方向倾斜设置。10.根据权利要求1所述的焊缝跟踪传感器结构，其特征在于:右侧板(31)右侧下方安装有用以阻挡焊接时的飞溅和烟雾的下挡板(18)。
【文档编号】B23K37/00GK205414745SQ201521077980
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月20日
【发明人】王念峰, 刘景辉, 张志飞, 张宪民, 郑永忠, 周升勇
【申请人】华南理工大学, 佛山市三技精密机械有限公司