一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法，所述系统包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；圆形弧光导入系统，包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，用于投射圆形平行束弧光到焊件焊缝上；隔光系统，包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条，用于隔离弧光；光路校准系统，包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座，用于对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，保证投射到焊缝上的圆形平行束弧光处在工业相机所采集图像的正中位置；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成；用于采集图像，将采集到的圆形平行束弧光畸变图像进行处理。图像进行处理。图像进行处理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法


[0001]本专利技术涉及焊缝跟踪光学
，尤其涉及一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法。

技术介绍

[0002]由于人工焊接对焊接质量的难以控制，且焊接过程产生的弧光、有害气体和烟尘对人体有害，焊接自动化成为焊接领域的研究热点。光学系统由于具有获取信息量大、精度高等优点，目前已成为自动焊缝跟踪传感器的主流。用于焊缝跟踪的光学系统大致可分为主动式和被动式。
[0003]主动式大多采用激光光源投射到待焊焊缝表面，再通过工业相机获取激光焊缝图像。目前已形成商业化产品，例如加拿大SERVO
‑
ROBOT公司和英国Meta公司的主动光学传感器。但该类产品存在以下缺点：(1)由于激光条纹边缘在焊件表面存在漫反射，边缘图像呈轻微锯齿状，不利于后期算法处理。(2)由于焊接弧光对激光存在严重干扰，故激光只能在离熔池较远处投射，进而导致焊缝识别位置相对当前焊接位置存在超前误差。由于待焊工件在焊接过程中产生持续不断的热变形，焊缝焊接时的焊缝对中位置相对焊缝识别时的焊缝对中位置仍可能偏移。(3)激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述系统包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；所述圆形弧光导入系统，包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，用于投射圆形平行束弧光到焊件焊缝上；隔光系统，包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条，用于隔离弧光；光路校准系统，包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座；用于对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，保证投射到焊缝上的圆形平行束弧光处在工业相机所采集图像的正中位置；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成；用于采集图像，并将采集到的圆形平行束弧光畸变图像进行处理。2.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述锥形导光筒内设置有插槽，所述凹透镜与凸透镜均安装在插槽内；所述锥形导光筒与隔光罩的内壁均镀有黑色吸光材料，用于消除内壁的漫反射和镜面反射；所述金属反射面表面涂有异十六烷聚二甲基硅氧烷，焊接飞溅溅到表面自然滑落，不粘附在表面。3.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述隔光阻燃布帘用于阻挡并隔离隔光罩与焊件间隙的弧光；隔光阻燃布帘采用二氧化硅含量为98％的高硅氧布，且隔光阻燃布帘与隔光罩连接，其下垂部分的中间位置设置有磁条，与焊件产生吸附作用，保证隔光阻燃布帘的下垂形态，加强隔光效果；所述工业相机与嵌入式图像处理器集成一体并安装于同一外壳内，工业相机与嵌入式图像处理器两者的内部电路板通过排线连接。4.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述圆形平行束弧光畸变图像进行处理包括：计算灰度直方图，经过K近邻均值滤波平滑后得到灰度直方图的最小值，以该最小值作为阈值分割得到弧光畸变特征点和弧光畸变轮廓。5.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，在开始焊接启弧后，光路校准系统自动对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，电机带动工业相机顺时针转，通过锥齿轮、转动轴、圆柱齿轮、滑动齿条综合作用，锥形导光筒也顺时针转动；当校准算法确定所投射的弧光位于工业相机所采集图像的正中位置时，校准完成。6.一种用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤A设置三维焊缝跟踪的光学系统于初始位置；步骤B焊接启弧后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭波，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：