[發明專利]等離子焊雙面熔池圖像采集的視覺傳感器

有效

• 申請號: 201410547179.2
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104325234A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 陳路路;吳頔;陳華斌;陳云霞;林濤;陳善本
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K15/06
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及一種焊接輔助裝置，尤其是一種用于焊接熔池圖像采集的多光路視覺傳感器。

背景技術

穿孔等離子弧焊接工藝具有適應性強、對接頭裝配精度要求低的特點，屬低成本、高效的焊接工藝。焊縫熱影響區窄，工件變形及殘余應力小，接頭內部缺陷降低，因此具有更好的工藝焊接性和廣闊的應用前景。等離子弧形成高溫、高速(300–2000m/s)的離子流，使得焊接材料能熔化并結合在一起。當等離子弧能量密度達到一定程度即沉積速率遠遠大于借助工件熱傳導損失的速率時，巨大沖擊力和高能量(10⁹–10¹⁰W/m²)的等離子流就能夠穿透工件的熔池區域并形成一個穿透小孔。穿透等離子弧會在背面形成一個長長的尾焰。當焊槍移動時，伴隨形成的小孔也在移動，這會引起小孔周圍液態金屬流向后方區域使其重新凝固形成焊縫，最終達到焊接工件的目的。

目前對于變極性等離子弧焊接小孔行為、熔池信息特征智能表征以及穩定成型控制研究一直是該領域具有挑戰性的難題之一。依靠視覺進行直觀獲取熔池信息是比較理想的研究方向。然而由于穿孔型等離子焊槍的特殊設計使得拍攝其熔池信息比較困難。這是因為要保證等離子弧實現厚板穿孔焊接成形和穩定性，焊槍與工件的距離不能太遠(一般在4mm-6mm之間)，而較大的槍頭又遮擋了原本孔徑很小的等離子弧；同時，穿孔后背面的尾焰較長(約40mm)，鏡頭太近會造成傳感器的損壞。這也增加了獲取正面與背面熔池圖像的難度。通常對等離子弧焊的熔池及小孔研究都是從單面開展的。其中正面熔池拍攝大多只是獲得不完整熔池圖像，更多的研究是選擇從便于獲取的背面進行拍攝及分析。但單面的研究并不能反映焊接質量的整體的效果。有少數研究雙面的只能依靠使用兩個視覺傳感器進行分別拍攝，但拍攝效果也不理想。一是視覺傳感器與焊槍并不同步，這樣拍攝熔池會隨著焊槍移動發生變化，不利于進行細致準確研究，二是用多個傳感器使得焊接前期準備繁瑣，對焦、更換減光片和濾光片等消耗很長時間，拍攝的對比性不準確。因此設計一個空間可調范圍大，依靠適當空間位置調節實現同時獲取雙面焊接視覺信號的傳感器裝置是研究等離子弧焊接工藝的有利保障。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于獲取雙面焊接視覺信號的視覺傳感器裝置，用以解決等離子弧焊接中正面空間狹窄不易拍攝，以及雙面熔池采集中不能保證隨焊槍同時移動的技術問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種等離子焊雙面熔池圖像采集的視覺傳感器，包括多光路會聚裝置和空間位置調節裝置，所述空間位置調節裝置用于帶動所述多光路會聚裝置在空間進行六自由度移動，所述多光路會聚裝置包括連接機構、相機和兩個光路成像通道，兩個所述光路成像通道均設置在所述連接機構上，并通過所述連接機構與所述空間位置調節裝置連接，兩個所述光路成像通道的進光端分別對準熔池的正、背面，其出光端將接收到的兩路光會聚于所述相機。

進一步地，兩個所述光路成像通道對稱設置，每一個所述光路成像通道均包括一個L型空心方筒，兩個所述L型空心方筒的出光端相對設置。

進一步地，所述多光路會聚裝置還包括三棱柱體，所述三棱柱體設置于兩個所述光路成像通道的出光端之間，所述三棱柱體的橫截面為等腰直角三角形，其兩腰部設置有對稱的第一反光鏡和第二反光鏡，從兩個所述光路成像通道分別出射至所述第一反光鏡和第二反光鏡上的兩路光線在反射后會聚于所述相機。

進一步地，所述連接機構為一中空設置的套筒結構，所述套筒結構的一側與所述空間位置調節裝置連接，所述套筒結構兩個開口端與所述L型空心方筒出光端的形狀及大小均匹配，所述三棱柱體設置于所述套筒結構中，兩個所述L型空心方筒分別插入所述套筒結構的兩開口端，并可沿所述套筒結構的軸心方向滑動，所述套筒結構側壁上具有靠近所述相機的第一孔，從兩個所述L型空心方筒出光端射出的兩路光線分別經所述第一反光鏡和第二反光鏡反射后通過所述第一孔會聚于所述相機中。

進一步地，所述多光路會聚裝置還包括第三反光鏡，每個所述L型空心方筒的轉角處均設有所述第三反光鏡，從所述L型空心方筒進光端處射入的光經過所述第三反光鏡反射后，從所述L型空心方筒出光端處射出。

進一步地，所述套筒結構包括直角底板、中間固定座和后板，所述后板與所述空間位置調節裝置連接，所述直角底板包括第一板和第二板，所述第一板與所述中間固定座相對設置，所述第二板與所述后板相對設置，所述后板、第一板、第二板和中間固定座圍成所述套筒結構，所述中間固定座具有所述第一孔。