一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统技术方案

本发明专利技术涉及激光焊接技术领域，公开了一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，包括辅助激光光源、凸透镜、相机、窄带滤光片、保护镜片和聚焦透镜；其中外围激光加工头发出焊接激光束经过聚焦透镜作用在工件上，并形成焊缝；相机和辅助激光光源设置在激光加工头轴线的两侧，且两者与激光加工头一起随动，辅助激光光源发出的辅助激光光束在工件上的反射光能被相机采集；窄带滤光片和保护镜片同轴设置在相机的前端，窄带滤光片位于相机和保护镜片之间；所述辅助激光光源输出的激光波长和窄带滤波片的带通波长相同，焊接激光束的波长处于窄带滤光片的截止波长区域。本发明专利技术能够可靠显示激光焊接过程中的焊缝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光焊接
，更具体的说，特别涉及一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统。
技术介绍
激光焊接与传统焊接相比具有受热面积小、加工灵活方便等特点，应用范围也日益扩大，从最开始的小功率焊接发展到目前的千瓦级以上焊接。激光焊接加工机也由最初的平面加工机发展的目前机床与工业机器人、三维加工头结合的3D焊接机。在现代工业焊接过程中，为了保证激光焊接的质量和可靠性，需要对焊接过程实施全程监控。将监控画面进行图像识别后传送给控制系统，由伺服系统来纠正实际焊点和焊缝的偏差，提高设备的自动化和智能化程度。实际上，激光焊接过程中，由于激光焊接产生的火花亮度非常高，在CCD相机所成的像中仅能看到火花而无法区分工件和焊缝。如果使用单纯的滤光片，也没有足够的对比度区分工件表面和焊缝。因此，直接使用CCD相机来监测焊缝或者在CCD相机前段加滤光片的方法无法解决上面所述的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，能够可靠显示激光焊接过程中的焊缝。为了解决以上提出的问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，包括辅助激光光源、凸透镜、相机、窄带滤光片、保护镜片和聚焦透镜；其中外围激光加工头发出焊接
激光束经过聚焦透镜作用在工件上，并形成焊缝；相机和辅助激光光源设置在激光加工头轴线的两侧，且两者与激光加工头一起随动，辅助激光光源发出的辅助激光光束在工件上的反射光能被相机采集；窄带滤光片和保护镜片同轴设置在相机的前端，窄带滤光片位于相机和保护镜片之间；所述辅助激光光源输出的激光波长和窄带滤波片的带通波长相同，焊接激光束的波长处于窄带滤光片的截止波长区域。所述辅助激光光源使用半导体激光器，半导体激光器的激光波长为532nm；半导体激光器的输出功率为0～30W连续可调，窄带滤波片的带通宽度为±带通波长×1％。所述相机采用CCD相机，长边分辨率为1000像素。所述保护镜片采用平行平板玻璃镜片。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术中采用辅助激光光源和窄带滤光片滤光，并通过相机成像来显示激光焊接过程中的焊缝，采用窄带滤光片对焊接激光束进行过滤，使其有足够的对比度区分工件表面和焊缝，其结构简单、功能可靠且易于实现。附图说明图1为本专利技术用于激光焊缝追踪的光学成像系统的原理图。图2为本专利技术辅助激光光束照射区域的局部放大图。附图标记说明：1-半导体激光器、2-凸透镜、3-相机、4-窄带滤光片、5-保护镜片、6-聚焦透镜、7-辅助激光光束、8-焊接激光束、9-焊缝、10-工件、11-成像区域具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的
目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。参阅图1所示，本专利技术提供的一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，该系统使用辅助激光光源和窄带滤光片4滤光的方法来显示激光焊接过程中的焊缝，还包括凸透镜2、相机3、保护镜片5和聚焦透镜6。所述外围激光加工头(图上未显示)发出焊接激光束8经过聚焦透镜6作用在工件10上，并形成焊缝9。相机3和辅助激光光源以激光加工头为轴线对称设置，且两者跟随激光加工头一起随动，使得辅助激光光源发出的辅助激光光束7在工件10上的反射光能更好被相机3采集。窄带滤光片4安装在相机3镜头的前端，位于保护镜片5之后，即三者由上至下同轴设置。保护镜片5是为了防止焊接过程中喷溅的颗粒等污染物对窄带滤光片4造成污染而设置的，采用常用平行平板玻璃镜片，能够方便更换和清洗。上述中，辅助激光光源使用半导体激光器1，本实施例中，其波长选用为532nm(绿光)，输出功率为0～30W连续可调。由于半导体激光器1仅仅作为辅助照明光源，因此出于成本考虑采用多模半导体激光器。窄带滤波片4采用镀膜方法加工，带通波长λ0为532nm，带通宽度为±λ0×1％。即半导体激光器1输出的激光波长和窄带滤波片4的带通波长相同，两者的波长不限于上述的532nm(绿光)。上述中，相机3使用普通工业用CCD相机，考虑到数据传输速度，相机3长边分辨率达到1000像素即可。本专利技术的工作原理如下：半导体激光器1发射出来的光束，经凸透镜2汇聚后形成辅助激光光束7照射在工件上大约30mm×30mm区域，为相机3成像提供足够的亮度。焊接激光束8的波长大多采用1.06μm(光纤激光器和YAG激光器波长)和
10.6μm(高功率CO2激光器波长)，因此处于窄带滤光片4的截止波长区域，包括焊接时产生的火花在内的绝大部分杂散光将被窄带滤波片4过滤掉，只有辅助激光光束7能够在相机3上获得清晰的成像。因此，焊接区域的焊缝在焊接时能通过相机3获得清晰成像。如附图2所示，辅助激光光束7照射区域包括正在焊接的焊点和焊接后的焊缝9及焊接前的工件10拼合的缝隙。由于照射区域内工件10表面反射光亮度比焊缝反射光亮度高出数倍，该成像区域11经过相机3成像时有足够的对比度。因此，此用于焊缝追踪的光学系统可以清晰显示焊接中的焊缝及焊接点与焊缝的偏离程度。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，其特征在于：包括辅助激光光源、凸透镜(2)、相机(3)、窄带滤光片(4)、保护镜片(5)和聚焦透镜(6)；其中外围激光加工头发出焊接激光束(8)经过聚焦透镜(6)作用在工件(10)上，并形成焊缝(9)；相机(3)和辅助激光光源设置在激光加工头轴线的两侧，且两者与激光加工头一起随动，辅助激光光源发出的辅助激光光束(7)在工件(10)上的反射光能被相机(3)采集；窄带滤光片(4)和保护镜片(5)同轴设置在相机(3)的前端，窄带滤光片(4)位于相机(3)和保护镜片(5)之间；所述辅助激光光源输出的激光波长和窄带滤波片(4)的带通波长相同，焊接激光束(8)的波长处于窄带滤光片(4)的截止波长区域。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光焊缝追踪的光学成像系统，其特征在于：包括辅助激光光源、凸透镜(2)、相机(3)、窄带滤光片(4)、保护镜片(5)和聚焦透镜(6)；其中外围激光加工头发出焊接激光束(8)经过聚焦透镜(6)作用在工件(10)上，并形成焊缝(9)；相机(3)和辅助激光光源设置在激光加工头轴线的两侧，且两者与激光加工头一起随动，辅助激光光源发出的辅助激光光束(7)在工件(10)上的反射光能被相机(3)采集；窄带滤光片(4)和保护镜片(5)同轴设置在相机(3)的前端，窄带滤光片(4)位于相机(3)和保护镜片(5)之间；所述辅助激光光源输出的激光波长和窄带滤波片...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宁，郝大伟，周桂兵，陈根余，陈燚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44