基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于机器人焊接的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置及其检测算法。所述视觉传感器装置由工业CCD相机、镜头、辅助相机、十字线激光器、一字线激光器、减光和滤光系统及机械安装机构等组成。其中焊枪的中心轴线、工业CCD相机中心轴线、十字线和一字线激光器中心轴线共面；工业CCD相机中心轴线与焊枪的中心轴线平行，两个激光器中心轴线与焊枪的中心轴线夹角为α(如30°)。通过图像处理和基于三角测量原理的相关检测算法，该装置可以实现焊枪高度检测、焊接坡口截面尺寸检测、焊缝导引与跟踪、焊接过程实时监控等功能。具有体积小、综合成本低、检测功能丰富等优势，可以辅助焊接机器人实现自动化和智能化焊接。

Multifunctional vision sensor device based on composite laser structured light

The invention discloses a multifunctional vision sensor device based on composite laser structured light for robot welding and a detection algorithm thereof. The visual sensor device consists of an industrial CCD camera, a lens, a auxiliary camera, a cross laser, a word line laser, a light reducing and filtering system, and a mechanical installation mechanism. The central axis of the welding gun, the central axis of the industrial CCD camera, the cross line and the central axis of the one word laser are coplanar. The central axis of the industrial CCD camera is parallel to the central axis of the welding gun, and the angle between the central axis of the two laser center and the central axis of the welding gun is alpha (such as 30 degrees). Through the image processing and the correlation detection algorithm based on the principle of triangulation, the device can realize the functions of the height detection of the welding gun, the size of the section size of the welding groove, the seam guidance and tracking, the real-time monitoring of the welding process and so on. It has the advantages of small volume, low comprehensive cost and rich detection function, which can assist the welding robot to realize automatic and intelligent welding.

【技术实现步骤摘要】
基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置
本专利技术涉及焊接机器人设备
，具体是机器人焊接过程中实时视觉检测技术，尤其是基于激光结构光的视觉检测装置。
技术介绍
机器人与计算机技术的发展使得焊接制造的自动化和智能化程度日益提高。其中焊接速度控制、焊接路径规划、工件位置信息和坡口尺寸参数检测是影响焊接质量和效率的重要因素。焊接过程自动化和智能化的发展需要焊枪高度检测、焊接坡口截面尺寸检测、焊枪和焊接坡口偏差识别、焊枪定位与焊缝跟踪技术的相应发展。高精度、小型化、功能丰富的传感器技术是提高焊接机器人智能化程度的重要技术手段。为了实现焊接自动化和智能化，已经开发出了实时自动地获取焊接坡口尺寸参数、焊枪与焊接坡口相对位置信息的各种传感器技术，如电弧传感器、机械接触式传感器和视觉传感器等，其中视觉传感器由于其非接触性、反应快速、检测精度高、抗干扰能力强等特点受到广泛关注。视觉传感技术分为主动视觉和被动视觉两大类，主动视觉传感技术由于其抗干扰能力强，图像处理相对容易而广泛应用。主动视觉传感技术主要利用激光结构光法或激光扫描方法对焊接工件进行照射，并通过图像处理和三角测量原理获得相应的焊接坡口和工件特征参数信息。常用的激光结构光有点状激光、单线条激光、双线条激光、环形激光、激光条纹等。现有技术公开了一种基于旁轴CCD的激光焊接质量在线监测装置、一种激光视觉焊缝跟踪系统及一种激光视觉传感器的设计方法及其装置，在此三个专利中的激光视觉传感器皆使用单线条激光。基于单线条的激光视觉传感器存在检测信息量少，仅能实现一维或二维方向上的焊缝定位或跟踪功能。经对现有技术的文献检索发现，毛志伟在2015年2月第36卷第2期的《焊接学报》上刊登的“双线激光传感焊枪定位与焊缝走向识别”一文，文中探讨了使用双线条激光器进行焊枪定位与焊缝走向识别技术。其传感器设计中的两个条形激光器对称布置在CCD两侧，当焊枪高度变动时，会对焊接坡口尺寸信息的检测和焊缝跟踪功能有一定影响，当两条激光在工件表面重合时，检测信息量会明显减少，且此空间布局形式会大大增加传感器体积，给传感器的小型化带来问题。现有技术公开了一种基于环形激光视觉传感的焊缝自动定位方法。该方法使用环形激光器，根据激光锥体坐标系与机器人本体坐标系的矩阵变换实现对焊缝的定位。但是该方法在对焊接坡口尺寸参数检测和焊枪高度信息监测上的功能较弱。通过对相关技术的检索可知，目前在焊接机器人中使用的基于激光结构光的视觉传感器设计中，并没有使用十字激光和一字激光组合的设计方案，且检测功能相对较单一。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，所述多功能视觉传感器装置集成程度高，检测功能丰富。根据本专利技术实施例的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，所述多功能视觉传感器装置包括：固定座，所述固定座适于与焊枪相连；工业CCD相机，所述工业CCD相机与所述固定座相连以拍摄焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝；工业镜头，所述工业镜头设在所述工业CCD相机的镜头前端以调节所述工业CCD相机的光学参数；辅助相机，所述辅助相机与所述固定座相连以辅助拍摄实施焊接过程的电弧及熔池临近区域；激光器，所述激光器设在所述固定座上以向所述焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝投射激光线，所述激光器包括十字线激光器和一字线激光器，所述十字线激光器的中心轴线与所述一字线激光器的中心轴线相平行。根据本专利技术实施例的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，采用十字线激光器和一字线激光器结合投射的方案，采用相应的检测算法能够同时实现焊枪高度检测、焊接坡口截面尺寸检测、焊枪与焊接坡口偏差检测等多种功能。此外，多功能视觉传感器装置还具有结构简单，结构紧凑，能够对焊枪的焊接过程实时监测等优点。此外，辅助相机还可用于焊接过程的实时监控，可以人工干预焊接过程，以避免意外突发状况。在一些实施例中，所述工业CCD相机的光轴、所述工业镜头的光轴、所述辅助相机的光轴及所述激光器的中心轴线均与所述焊枪的中心轴线共面。在一些实施例中，在所述焊枪的焊接方向上，所述工业CCD相机、所述工业镜头、所述辅助相机及所述激光器均位于所述焊枪的带焊接侧。在一些实施例中，在所述焊枪的前进方向上，所述工业CCD相机、所述辅助相机和所述激光器依次设置。在一些实施例中，所述工业CCD相机的光轴、所述工业镜头的光轴与所述焊枪的中心轴线相平行。具体地，所述辅助相机的光轴与所述激光器的中心轴线相平行，所述辅助相机向下拍摄，在由下到上的方向上，所述辅助相机的光轴朝向远离所述焊枪的方向倾斜。在一些实施例中，所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，还包括：减光系统，所述减光系统设在所述工业镜头及所述辅助相机的镜头上；滤光系统，所述滤光系统设在所述工业镜头上。具体地，所述滤光系统包括：波长650nm，半带宽8nm的窄带滤光片。在一些实施例中，所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，还包括：第一调整组件，所述第一调整组件设在所述固定座上，所述第一调整组件与所述工业镜头相连以调整所述工业镜头的光轴的空间位置；第二调整组件，所述第二调整组件设在所述固定座上，所述第二调整组件与所述激光器相连以调整所述激光器的中心轴线的空间位置。具体地，所述第一调整组件包括：第一调整环，所述第一调整环设在所述固定座上且外套在所述工业镜头上；多个第一调整螺栓，所述多个第一调整螺栓分别螺纹连接在所述第一调整环上，每个所述第一调整螺栓的端部可止抵在所述工业镜头上；所述第二调整组件包括：第二调整环，所述第二调整环设在所述固定座上且外套在所述激光器上；多个第二调整螺栓，所述多个第二调整螺栓分别螺纹连接在所述第二调整环上，每个所述第二调整螺栓的端部可止抵在所述激光器上。在一些实施例中，所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，还包括防飞溅挡板，所述防飞溅挡板适于设在所述焊枪和所述工业镜头之间。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置结构示意图。图2为多功能视觉传感器装置应用于焊接过程示意图。图3为焊枪中心轴线与工件垂直情况下的视觉传感器检测原理示意图。图4为焊枪中心轴线与工件垂直但存在横向偏移、焊枪行进方向与焊接坡口中心线方向存在角度偏差时的视觉传感器检测原理示意图。附图标记：多功能视觉传感器装置100、工业CCD相机1、工业镜头2、辅助相机3、激光器4、十字线激光器4a、一字线激光器4b、减光系统5、滤光系统6、第一调整组件7、第一调整环7a、第一调整螺栓7b、第二调整组件8、第二调整环8a、第二调整螺栓8b、防飞溅挡板9a、防护镜片9b、固定座10焊枪200。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，所述多功能视觉传感器装置包括：固定座，所述固定座适于与焊枪相连；工业CCD相机，所述工业CCD相机与所述固定座相连以拍摄所述焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝；工业镜头，所述工业镜头设在所述工业CCD相机的镜头前端以调节所述工业CCD相机的光学参数；辅助相机，所述辅助相机与所述固定座相连以辅助拍摄所述焊枪实施焊接过程的电弧及熔池临近区域；激光器，所述激光器设在所述固定座上以向所述焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝投射激光线，所述激光器包括十字线激光器和一字线激光器，所述十字线激光器的中心轴线与所述一字线激光器的中心轴线相平行。

【技术特征摘要】
1.一种基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，所述多功能视觉传感器装置包括：固定座，所述固定座适于与焊枪相连；工业CCD相机，所述工业CCD相机与所述固定座相连以拍摄所述焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝；工业镜头，所述工业镜头设在所述工业CCD相机的镜头前端以调节所述工业CCD相机的光学参数；辅助相机，所述辅助相机与所述固定座相连以辅助拍摄所述焊枪实施焊接过程的电弧及熔池临近区域；激光器，所述激光器设在所述固定座上以向所述焊枪实施焊接过程的焊接坡口或形成的焊缝投射激光线，所述激光器包括十字线激光器和一字线激光器，所述十字线激光器的中心轴线与所述一字线激光器的中心轴线相平行。2.根据权利要求1所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，所述工业CCD相机的光轴、所述工业镜头的光轴、所述辅助相机的光轴及所述激光器的中心轴线均与所述焊枪的中心轴线共面。3.根据权利要求1所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，在所述焊枪的焊接方向上，所述工业CCD相机、所述工业镜头、所述辅助相机及所述激光器均位于所述焊枪的待焊接侧。4.根据权利要求3所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，在所述焊枪的前进方向上，所述工业CCD相机、所述辅助相机和所述激光器依次设置。5.根据权利要求1所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，所述工业CCD相机的光轴、所述工业镜头的光轴与所述焊枪的中心轴线相平行。6.根据权利要求5所述的基于复合激光结构光的多功能视觉传感器装置，其特征在于，所述辅助相机的光轴与所述激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志明，郭吉昌，孙博文，于英飞，符平坡，马国锐，汤莹莹，刘博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11