本实用新型专利技术公开了一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置。该装置包括：可调节装置安装角度与高度且绝缘的夹持机构；带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构；线激光器及可调节线激光器角度的锁紧机构；工业CCD相机及其固定支架；减光片及滤光片；能够透光又能挡住外界灰尘的有机防护玻璃板及滑台机构；能够遮挡焊接时飞溅及弧光的挡板。其工作方法为：根据焊接要求选择工业CCD相机及镜头、线激光器、减光片及滤光片；对各机构零件进行布局及安装，工业CCD相机垂直安装，线激光器倾斜安装；装置图像采集及处理，获取焊缝特征与信息。本实用新型专利技术主要用于焊接中的焊缝坡口识别及实时跟踪，通过提升机器人焊接智能化程度，提高了生产效率及焊接质量。
【技术实现步骤摘要】
适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置
本专利技术涉及机器人智能焊接
，特别是一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置。
技术介绍
机器人焊接自动化是焊接技术发展的一个趋势。随着生产的发展，对产品的焊接质量要求越来越高，同时又需要改善工人的劳动强度，目前，国内外大量应用的焊接机器人总的来说是第一代或准二代的“示教-再现”型机器人。这种类型的机器人对于焊接环境的一致性要求异常严格，其焊接路径和相关工艺参数都是需要预先设置的。但是在实际的焊接中常常因为存在变形、变散热、变间隙、变错边、工件加工误差和装配误差等因素造成焊缝位置和尺寸的变化，导致焊缝和示教轨迹有偏差，由于“示教-再现”型机器人对示教轨迹偏差没有适应性，不具备焊缝实时跟踪控制功能，从而最终影响焊缝成形的质量，难以满足企业对焊接制造高质量、高效率的要求，因此限制了它在很多领域的应用。为了克服焊接过程中这些不确定性因素对焊接件质量的影响，迫切需要设计一款焊缝识别与跟踪传感器，采用焊缝跟踪技术提高现行焊接机器人的适应性和智能化水平，实现机器人焊接过程的智能化控制。国内有一部分人针对焊缝识别与跟踪传感器进行了研究并取得了一定的成果，但绝大多数仍处于实验室阶段，没有实际用于焊接现场，其主要存在问题总结如下：其设计的传感器体积大，重量沉，置于焊枪前端时影响机器人运动范围并增大机器人负载；无吹屑及散热设计，难以长时间工作在焊接高温及恶劣环境中；图像采集及处理算法简单，无法适应多种类型坡口及反光材质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，在机器人焊接行业中提升智能化程度，并提高生产效率及焊接质量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，包括夹持机构、外壳吹屑及散热机构、光学器件及固定支架、减光滤光机构、防护器件及机构，其中，所述夹持机构包括握枪装置、角度调节装置、滑块；所述外壳吹屑及散热机构包括带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构、散热进气接头、吹屑进气接头、散热出气接头、航空插头；所述光学器件及固定支架包括线激光器、可调节该线激光器角度的锁紧机构、工业CCD相机的固定支架、工业CCD相机、镜头；所述减光滤光机构包括减光滤光片的放置机构、镜头防护玻璃、减光片固定圈、减光片、滤光片固定圈、滤光片；所述防护器件及机构包括线激光器的防护玻璃、用于更换防护玻璃板的滑台机构、能够透光又能挡住外界灰尘的有机防护玻璃板、能够遮挡焊接时飞溅及弧光的挡板。进一步地，所述夹持机构中，握枪装置由两个半圆形夹持块通过螺丝连接而成，该两个半圆形夹持块内部均设有绝缘防滑胶皮；所述握枪装置与角度调节装置采用一端螺丝固定、另一端螺丝在弧形滑槽固定的方式连接，以调节传感器安装角度；夹持机构角度调节装置与滑块通过燕尾槽固定的方式进行连接，以调节传感器上下安装位置。进一步地，所述外壳吹屑及散热机构中，带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构分别与散热进气接头、吹屑进气接头、散热出气接头螺纹连接，且外壳机构与航空插头螺丝连接；在高温焊接环境中，一路压缩气体通过吹屑进气接头进入外壳机构，经过吹屑气路槽由外壳机构底部流出，吹走焊接过程中产生的飞溅，使工业CCD相机采集的图像不受飞溅干扰；另一路压缩气体通过散热进气接头进入外壳机构，经过散热气路槽由散热出气接头流出，将焊接过程中产生的热量带走。进一步地，所述夹持机构通过滑块与带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构通过螺丝连接在一起。进一步地，所述光学器件及固定支架中，工业CCD相机的固定支架、可调节线激光器角度的锁紧机构通过螺丝固定在外壳机构上，工业CCD相机通过螺丝安装于固定支架上，工业CCD相机与镜头配套连接，线激光器通过锁紧螺丝固定于锁紧机构，线激光器在锁紧机构中能够进行角度调整。进一步地，所述镜头防护玻璃、减光片固定圈、减光片、滤光片固定圈、滤光片顺次设置于放置机构中，放置机构通过螺丝固定于外壳机构的底部。进一步地，所述有机防护玻璃板置于滑台机构中，滑台机构通过外壳机构底部的滑槽滑入，挡板通过螺丝固定在滑台机构上。一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置的工作方法，步骤如下：步骤1，根据焊接要求进行工业CCD相机及镜头、线激光器、减光片及滤光片的选型；步骤2，对装置中各机构零件进行布局及安装，工业CCD相机垂直安装，线激光器倾斜安装；步骤3，采用工业CCD相机进行图像采集，对采集到的图像进行处理，获取焊缝特征与信息。进一步地，步骤1所述根据焊接要求进行工业CCD相机及镜头、线激光器、减光片及滤光片的选型，具体如下：(1.1)根据焊接精度及性能要求，选择相应体积、质量的工业CCD相机及镜头、线激光器、减光片及滤光片；(1.2)根据焊接精度以及图像处理速度，选择分辨率在200万至500万像素的黑白工业CCD相机及配套的镜头；(1.3)选择波长为600～680nm，激光等级为IIIb的线激光器；(1.4)根据(1.3)所选择线激光器的波长参数确定滤光片的参数，选择中心波长与线激光器波长相同的滤光片；(1.5)根据距离焊接弧光远近，不观察熔池时选择减光率为40～60％的滤光片，需观察熔池时选择减光率为70～90％的滤光片。进一步地，步骤2所述对装置中各机构零件进行布局及安装，工业CCD相机垂直安装，线激光器倾斜安装，具体如下：(2.1)工业CCD相机的固定支架通过螺丝垂直固定在外壳机构上，调节线激光器角度的锁紧机构通过螺丝固定在外壳机构上，锁紧机构与工业CCD相机的光轴倾斜14°倾角，且锁紧机构中心轴线与工业CCD相机的光轴在同一平面内，工业CCD相机通过螺丝安装于固定支架上，工业CCD相机与镜头配套连接；线激光器通过锁紧螺丝固定于锁紧机构，线激光器能够在锁紧机构中进行角度调整；(2.2)镜头防护玻璃、减光片固定圈、减光片、滤光片固定圈、滤光片按照顺序依次放入放置机构中，放置机构通过螺丝固定在外壳机构底部；(2.3)能够透光又能挡住外界灰尘的有机防护玻璃板置于滑台机构中，滑台机构通过外壳机构底部的滑槽滑入，挡板通过螺丝固定在滑台机构上。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)体积小、重量轻、抗弧光飞溅；(2)外壳机构有吹屑及散热设计，对于焊接高温及恶劣环境适应性更好；(3)图像采集及处理算法功能丰富，且可移植性强、支持二次开发。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置结构图。图2是本专利技术适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置结构爆炸图。图3是本专利技术适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置吹屑示意图。图4是本专利技术适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置气路槽布局及吹屑散热气体流向图。图5是本专利技术适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置工作方法的图像采集及处理算法流程图。图6是本专利技术实施例1中图像采集及处理算法实验效果图。图7是本专利技术实施例1中清晰激光条纹中心线及提取特征点实验效果图。图2中标号：1为握枪装置，2为角度调节装置，3为滑块，4为外壳机构，5为散热进气接头，6为吹屑进气接头，7为散热出气接头，8为航空插头，9为线激光器，10为锁紧机构，11为固定支架本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，其特征在于，包括夹持机构、外壳吹屑及散热机构、光学器件及固定支架、减光滤光机构、防护器件及机构，其中，所述夹持机构包括握枪装置(1)、角度调节装置(2)、滑块(3)；所述外壳吹屑及散热机构包括带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构(4)、散热进气接头(5)、吹屑进气接头(6)、散热出气接头(7)、航空插头(8)；所述光学器件及固定支架包括线激光器(9)、可调节该线激光器角度的锁紧机构(10)、工业CCD相机的固定支架(11)、工业CCD相机(12)、镜头(13)；所述减光滤光机构包括减光滤光片的放置机构(18)、镜头防护玻璃(19)、减光片固定圈(20)、减光片(21)、滤光片固定圈(22)、滤光片(23)；所述防护器件及机构包括线激光器的防护玻璃(14)、用于更换防护玻璃板的滑台机构(15)、能够透光又能挡住外界灰尘的有机防护玻璃板(16)、能够遮挡焊接时飞溅及弧光的挡板(17)。
【技术特征摘要】
1.一种适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，其特征在于，包括夹持机构、外壳吹屑及散热机构、光学器件及固定支架、减光滤光机构、防护器件及机构，其中，所述夹持机构包括握枪装置(1)、角度调节装置(2)、滑块(3)；所述外壳吹屑及散热机构包括带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构(4)、散热进气接头(5)、吹屑进气接头(6)、散热出气接头(7)、航空插头(8)；所述光学器件及固定支架包括线激光器(9)、可调节该线激光器角度的锁紧机构(10)、工业CCD相机的固定支架(11)、工业CCD相机(12)、镜头(13)；所述减光滤光机构包括减光滤光片的放置机构(18)、镜头防护玻璃(19)、减光片固定圈(20)、减光片(21)、滤光片固定圈(22)、滤光片(23)；所述防护器件及机构包括线激光器的防护玻璃(14)、用于更换防护玻璃板的滑台机构(15)、能够透光又能挡住外界灰尘的有机防护玻璃板(16)、能够遮挡焊接时飞溅及弧光的挡板(17)。2.根据权利要求1所述的适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，其特征在于，所述夹持机构中，握枪装置(1)由两个半圆形夹持块通过螺丝连接而成，该两个半圆形夹持块内部均设有绝缘防滑胶皮；所述握枪装置(1)与角度调节装置(2)采用一端螺丝固定、另一端螺丝在弧形滑槽固定的方式连接，以调节传感器安装角度；夹持机构角度调节装置(2)与滑块(3)通过燕尾槽固定的方式进行连接，以调节传感器上下安装位置。3.根据权利要求1所述的适用于高热焊接环境的焊缝识别与跟踪传感器装置，其特征在于，所述外壳吹屑及散热机构中，带有吹屑气路槽及散热气路槽的外壳机构(4)分别与散热进气接头(5)、吹屑进气接头(6)、散热出气...
【专利技术属性】
技术研发人员：花磊，韩瑜，胡晓磊，李景银，寇冬晨，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。