專利名稱：光纖激光焊縫圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種圖像傳感器，尤指由光纖構成的激光焊縫圖像傳感器。
背景技術：
現(xiàn)有的激光焊縫傳感器是將激光管及其條紋投影系統(tǒng)，CCD及探測驅動電路等元件集成在傳感器探頭內。因而存在體積和重量難以減小的問題。此外，為了使傳感器內的電子元件、激光器、CCD等器件正常工作，不受環(huán)境溫度變化的影響，必須配置冷卻裝置對傳感器進行冷卻。這種傳感器還有受電磁場的干擾等問題。另外，這種傳感器需要配置窄帶濾光片來減小背景光特別是焊接過程中強烈的弧光對焊縫圖像的干擾，但卻存在對信號光的衰減等問題。為此，設計出結構簡單，使用方便靈巧，檢測精度高的激光焊縫圖像傳感器乃是當務之急。

發(fā)明內容
根據(jù)背景技術所述，本實用新型的目的在于提供一種光纖傳輸激光，經(jīng)過柱面鏡形成激光平面，投射到工件后產(chǎn)生激光條紋，光學成像系統(tǒng)由傳像光纖束傳輸焊縫激光圖像并成像在CCD上，通過圖像處理計算焊縫位置，根據(jù)焊縫位置偏差來達到控制實現(xiàn)焊縫自動跟蹤的光纖激光焊縫圖像傳感器。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種光纖激光焊縫圖像傳感器，主要由半導體激光器LD(1)，傳光光纖(2)，操控箱(3)，傳感探頭(4)，傳像光纖(5)，面陣CCD(6)和圖像運算處理裝置(7)組成，其中半導體激光器LD(1)通過大芯徑傳光光纖(2)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過大芯徑傳像光纖(5)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過圖像采集卡(71)與圖像運算處理裝置導通；在傳感頭支架(43)中，面向傳感探頭(4)的工作面(44)按序設置有濾光片(41)，柱透鏡(42)和大芯徑傳光光纖(2)，并排還設置有與傳光光纖(2)軸線成20°-30°角的大芯徑傳像光纖(5)構成傳感探頭(4)的整體；面陣CCD(6)接收由傳像光纖(5)傳輸來的工件焊縫激光圖像，圖像運算處理裝置(7)通過圖像采集卡(71)采集圖像后，根據(jù)變形條紋(72)圖像確定焊縫中心位置和焊縫深度等參數(shù)。
由于采用了上述技術方案，本實用新型具有如下優(yōu)點和效果
1、本實用新型是一種由光纖構成靈巧結構探頭的激光焊縫圖像傳感器，僅用較低分辨率的傳像光纖束傳像束就可實現(xiàn)較高精度的焊縫檢測，其光學投影系統(tǒng)由光纖傳輸激光，經(jīng)過柱面鏡形成激光平面，投射到工件后產(chǎn)生激光條紋；光學成像系統(tǒng)由傳像光纖束傳輸焊縫激光圖像并成像在CCD上，通過圖像處理計算焊縫位置，根據(jù)焊縫位置偏差來達到控制焊接實現(xiàn)焊縫自動跟蹤的目的。傳感器探頭由傳光光纖和傳像光纖構成全光學結構，結構靈巧簡單、無電磁干擾，具有較高的測量精度和較好的通用性，可用于焊接機器人領域。
2、本實用新型是一種由光纖構成靈巧結構探頭的激光焊縫圖像傳感器，利用光纖對入射光的方向選擇性，通常情況下不需要另外配置濾光片。


圖1為本實用新型結構總體示意圖圖2為本實用新型傳感探頭結構剖視示意圖圖3為本實用新型傳感探頭另一實施例結構剖視示意圖圖4為本實用新型輸出的激光焊縫圖像示意圖具體實施方式
由圖1和圖2示出，一種光纖激光焊縫圖像傳感器，主要由半導體激光器LD1，傳光光纖2，操控箱3，傳感探頭4，傳像光纖5，面陣CCD6和圖像運算處理裝置7組成，其中半導體激光器LD1通過大芯徑傳光光纖2和操控箱3與傳感探頭4相連接，面陣CCD6通過大芯徑傳像光纖5和操控箱3與傳感探頭4相連接，面陣CCD6通過圖像采集卡71與圖像運算處理裝置導通；在傳感頭支架43中，面向傳感探頭4的工作面44按序設置有濾光片41，柱透鏡42和大芯徑傳光光纖2，并排還設置有與傳光光纖2軸線成20°-30°角的大芯徑傳像光纖5構成傳感探頭4的整體；面陣CCD6接收由傳像光纖5傳輸來的工件焊縫激光圖像，圖像運算處理裝置7通過圖像采集卡71采集圖像后，根據(jù)變形條紋72圖像確定焊縫中心位置和焊縫深度等參數(shù)。
又知，半導體激光器LD1輸出的激光通過傳光光纖2傳輸?shù)絺鞲刑筋^4，經(jīng)柱透鏡42，濾光片41形成條紋后投射到工件上，面陣CCD6感光裝置接收由傳像光纖5傳輸來的工件焊縫激光圖像，計算機通過圖像卡采集圖像后，根據(jù)變形條紋72圖像確定焊縫中心位置、焊縫深度等參數(shù)。
由柱透鏡42和允許LD波長的光通過的濾光片41所形成的激光條紋為具有一定寬度的一字形條紋，沿焊縫正交方向配置。
本實用新型的半導體激光器LD1和面陣CCD6中的元件及有關驅動、控制和處理電路置于操控箱3內，傳感探頭4與操控箱3通過傳像光纖5和傳光光纖2相連接，無電氣連接，因此傳感探頭4不受電磁場的干擾和溫度的影響。
本實用新型的傳像光纖具有對入射光的方向選擇性，只有在光纖數(shù)值孔徑方向內的光能耦合經(jīng)光纖，由于背景光或弧光為散射光，不具有方向性，因此只有很少的一部分背景光或弧光能耦合進入光纖，光纖起到空間濾波器的作用，比配置頻率濾波的窄帶濾光片具有優(yōu)勢。
由圖3示出傳感探頭4的另一實施例，由3根或多根大芯徑傳光光纖2輸出端、一個柱透鏡42、一根傳像光纖5的輸入端及傳感頭支架43構成。產(chǎn)生的3條或多條條紋沿焊縫正交方向等間距配置。傳像光纖5軸線與傳光光纖2軸線成20°--30°角。
由圖4示出激光焊縫的圖像，若在傳像光纖5像素較低時可利用傳像光纖5的截面結構特點，可獲取較高的焊縫測量精度，例如本圖所示的焊縫條紋像中，由于傳像光纖束較少，可以明顯觀察到光纖像素，在計算焊縫拐點時，可取圖中像元素1、2、3三個像素點的X坐標，則焊縫的左拐點xzuo坐標為xzuo=x1+x2+x33.]]>。
另知，在傳像光纖前端面或傳像光纖后端面與CCD之間配置能通過LD波長光的普通濾光片，或者采用在傳像光纖5的輸入端面或輸出端面鍍膜的方法取代濾光片41。
權利要求1.一種光纖激光焊縫圖像傳感器，主要由半導體激光器LD(1)，傳光光纖(2)，操控箱(3)，傳感探頭(4)，傳像光纖(5)，面陣CCD(6)和圖像運算處理裝置(7)組成，其特征在于半導體激光器LD(1)通過大芯徑傳光光纖(2)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過大芯徑傳像光纖(5)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過圖像采集卡(71)與圖像運算處理裝置導通；在傳感頭支架(43)中，面向傳感探頭(4)的工作面(44)按序設置有濾光片(41)，柱透鏡(42)和大芯徑傳光光纖(2)，并排還設置有與傳光光纖(2)軸線成20°-30°角的大芯徑傳像光纖(5)構成傳感探頭(4)的整體；面陣CCD(6)接收由傳像光纖(5)傳輸來的工件焊縫激光圖像，圖像運算處理裝置(7)通過圖像采集卡(71)采集圖像后，根據(jù)變形條紋(72)圖像確定焊縫中心位置和焊縫深度等參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光纖激光焊縫圖像傳感器，其特征在于在傳像光纖前端面或傳像光纖后端面與CCD之間配置能通過LD波長光的濾光片，或者采用在傳像光纖(5)的輸入端面或輸出端面鍍膜的方法取代濾光片(41)。
3.根據(jù)權利要求1所述的光纖激光焊縫圖像傳感器，其特征在于傳感探頭(4)由三根或多根大芯徑傳光光纖(2)輸出端，一個柱透鏡(42)，一根傳像光纖(5)的輸入端及傳感頭支架(43)組成，傳像光纖(5)軸線與傳光光纖(2)軸線成20°-30°角。
專利摘要一種光纖激光焊縫圖像傳感器，主要由半導體激光器LD(1)，傳光光纖(2)，操控箱(3)，傳感探頭(4)，傳像光纖(5)，面陣CCD(6)和圖像運算處理裝置(7)組成，其中，半導體激光器LD(1)通過大芯徑傳光光纖(2)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過大芯徑傳像光纖(5)和操控箱(3)與傳感探頭(4)相連接，面陣CCD(6)通過圖像采集卡(71)與圖像運算處理裝置導通，傳感探頭(4)形成條紋后投射到工件上，面陣CCD接收到焊縫激光圖像后，根據(jù)變形條紋圖像確定焊縫的中心位置、深度和其他參數(shù)。本實用新型可用于機器人工業(yè)實現(xiàn)焊縫自動跟蹤，結構簡單，造價低廉，使用維護修理簡易。
文檔編號B23K26/03GK2914031SQ20062011579
公開日2007年6月20日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權日2006年6月7日
發(fā)明者黃民雙, 黃軍芬, 馮音琦, 鄒勇, 薛龍 申請人:北京石油化工學院