[發明專利]基于復合激光結構光的多功能視覺傳感器裝置

有效

• 申請號: 201711060054.7
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN108015455B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 朱志明;郭吉昌;孫博文;于英飛;符平坡;馬國銳;湯瑩瑩;劉博
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;G01B11/00;G01B11/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

1.一種基于復合激光結構光的多功能視覺傳感器裝置，其特征在于，所述多功能視覺傳感器裝置包括：

固定座，所述固定座適于與焊槍相連；

激光器，所述激光器設在所述固定座上，以向所述焊槍實施焊接過程的待焊工件表面和焊接坡口投射激光線，所述激光器包括十字線激光器和一字線激光器，所述一字線激光器向待焊工件表面和焊接坡口投射一字激光線，所述十字線激光器向待焊工件表面和焊接坡口投射十字激光線；

所述一字線激光器投射至焊接坡口的一字激光線和所述十字線激光器投射至焊接坡口的十字激光線，在焊接坡口的邊緣和底部產生彎折點；

所述十字線激光器的中心軸線與所述一字線激光器的中心軸線相平行；所述十字線激光器投射在待焊工件表面的十字激光線的一條與所述一字線激光器投射在待焊工件表面的一字激光線平行，十字激光線的另一條與一字激光線垂直，并產生交點；

所述十字線激光器在工件表面投射的十字激光線中的一條與所述一字線激光器在工件表面投射的一字激光線平行，在所述焊槍與待焊工件表面高度變化時，二條平行激光線之間的距離保持不變；

工業CCD相機，所述工業CCD相機與所述固定座相連以拍攝所述焊槍實施焊接過程的焊接坡口及所述激光器投射在工件表面和焊接坡口的激光線；

工業鏡頭，所述工業鏡頭設在所述工業CCD相機的鏡頭前端以調節所述工業CCD相機的光學參數；

所述工業CCD相機的光軸、所述工業鏡頭的光軸與所述焊槍的中心軸線相平行；

輔助相機，所述輔助相機與所述固定座相連以輔助拍攝所述焊槍實施焊接過程的電弧及熔池臨近區域；

所述工業CCD相機的光軸、所述工業鏡頭的光軸、所述輔助相機的光軸及所述激光器的中心軸線均與所述焊槍的中心軸線共面；

所述工業CCD相機、所述工業鏡頭、所述輔助相機及所述激光器均位于所述焊槍的前進方向，工件的待焊接側；

在所述焊槍的前進方向上，所述工業CCD相機、所述輔助相機和所述激光器依次設置；

所述輔助相機的光軸與所述激光器的中心軸線相平行，所述輔助相機向下拍攝，在由下到上的方向上，所述輔助相機的光軸朝向遠離所述焊槍的方向傾斜；

所述激光器的中心軸線也朝向遠離焊槍的方向傾斜，且傾斜角度為固定值；所述工業CCD相機的焦點至所述十字線激光器的中心軸線的距離為固定值；所述十字線激光器的中心軸線與所述一字線激光器的中心軸線之間的距離也為固定值；

多功能視覺傳感器裝置還包括：

減光系統，所述減光系統設在所述工業鏡頭及所述輔助相機的鏡頭上；

濾光系統，所述濾光系統設在所述工業鏡頭上；所述濾光系統包括：波長650nm，半帶寬8nm的窄帶濾光片；

多功能視覺傳感器裝置還包括：

第一調整組件，所述第一調整組件設在所述固定座上，所述第一調整組件與所述工業鏡頭相連以調整所述工業鏡頭的光軸的空間位置；

第二調整組件，所述第二調整組件設在所述固定座上，所述第二調整組件與所述激光器相連以調整所述激光器的中心軸線的空間位置；

所述第一調整組件包括：

第一調整環，所述第一調整環設在所述固定座上且外套在所述工業鏡頭上；

多個第一調整螺栓，所述多個第一調整螺栓分別螺紋連接在所述第一調整環上，每個所述第一調整螺栓的端部可止抵在所述工業鏡頭上；

所述第二調整組件包括：

第二調整環，所述第二調整環設在所述固定座上且外套在所述激光器上；

多個第二調整螺栓，所述多個第二調整螺栓分別螺紋連接在所述第二調整環上，每個所述第二調整螺栓的端部可止抵在所述激光器上；

多功能視覺傳感器裝置還包括防飛濺擋板，所述防飛濺擋板適于設在所述焊槍和所述工業鏡頭之間。

2.根據權利要求1所述的基于復合激光結構光的多功能視覺傳感器裝置，其特征在于，采用所述十字線激光器與所述一字線激光器組合投射的方案，在所述工業CCD相機拍攝焊接坡口及所述激光器投射在工件表面和焊接坡口的激光線圖像、并通過圖像處理獲得投射至工件表面和焊接坡口的激光線的特征點的圖像坐標后，結合所述多功能視覺傳感器裝置的內部固有結構參數和安裝參數，采用基于三角測量原理的檢測算法，可以同時實現所述焊槍的高度檢測、焊接坡口的截面尺寸參數檢測、所述焊槍的中心軸線及其運動方向與焊接坡口中心線的橫向偏差和角度偏差檢測功能，進而通過閉環反饋控制，可以實施所述焊槍的高度控制、所述焊槍相對于焊接坡口的橫向和角度偏差補償，以實現對焊槍的引導和焊縫的跟蹤；

所述投射至工件表面和焊接坡口的激光線的特征點包括：

所述十字激光線與所述一字激光線的交點，包括所述十字激光線自身的中心交點、所述十字激光線中與所述一字激光線垂直的激光線和所述一字激光線的交點；

所述十字激光線與所述一字激光線在焊接坡口邊緣和底部的彎折點；

所述多功能視覺傳感器裝置的內部固有結構參數包括：

所述工業CCD相機的焦點與所述十字線激光器的中心軸線間的距離；

所述十字線激光器的中心軸線與所述一字線激光器的中心軸線之間的距離；

所述工業CCD相機的焦距；

所述激光器的中心軸線與工業CCD相機的光軸之間的夾角；

所述多功能視覺傳感器裝置的安裝參數包括：

所述多功能視覺傳感器裝置在焊槍上安裝后，所述工業CCD相機的焦點與所述焊槍的導電嘴前端之間的距離；

所述工業CCD相機的光軸與所述焊槍的中心軸線間的距離。