本發(fā)明涉及激光焊接技術領域，更具體的說，特別涉及一種用于激光焊縫追蹤的光學成像系統(tǒng)。

背景技術：

激光焊接與傳統(tǒng)焊接相比具有受熱面積小、加工靈活方便等特點，應用范圍也日益擴大，從最開始的小功率焊接發(fā)展到目前的千瓦級以上焊接。激光焊接加工機也由最初的平面加工機發(fā)展的目前機床與工業(yè)機器人、三維加工頭結合的3D焊接機。

在現(xiàn)代工業(yè)焊接過程中，為了保證激光焊接的質量和可靠性，需要對焊接過程實施全程監(jiān)控。將監(jiān)控畫面進行圖像識別后傳送給控制系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)來糾正實際焊點和焊縫的偏差，提高設備的自動化和智能化程度。

實際上，激光焊接過程中，由于激光焊接產(chǎn)生的火花亮度非常高，在CCD相機所成的像中僅能看到火花而無法區(qū)分工件和焊縫。如果使用單純的濾光片，也沒有足夠的對比度區(qū)分工件表面和焊縫。因此，直接使用CCD相機來監(jiān)測焊縫或者在CCD相機前段加濾光片的方法無法解決上面所述的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，提供一種用于激光焊縫追蹤的光學成像系統(tǒng)，能夠可靠顯示激光焊接過程中的焊縫。

為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種用于激光焊縫追蹤的光學成像系統(tǒng)，包括輔助激光光源、凸透鏡、相機、窄帶濾光片、保護鏡片和聚焦透鏡；其中外圍激光加工頭發(fā)出焊接 激光束經(jīng)過聚焦透鏡作用在工件上，并形成焊縫；相機和輔助激光光源設置在激光加工頭軸線的兩側，且兩者與激光加工頭一起隨動，輔助激光光源發(fā)出的輔助激光光束在工件上的反射光能被相機采集；窄帶濾光片和保護鏡片同軸設置在相機的前端，窄帶濾光片位于相機和保護鏡片之間；

所述輔助激光光源輸出的激光波長和窄帶濾波片的帶通波長相同，焊接激光束的波長處于窄帶濾光片的截止波長區(qū)域。

所述輔助激光光源使用半導體激光器，半導體激光器的激光波長為532nm；半導體激光器的輸出功率為0～30W連續(xù)可調(diào)，窄帶濾波片的帶通寬度為±帶通波長×1％。

所述相機采用CCD相機，長邊分辨率為1000像素。

所述保護鏡片采用平行平板玻璃鏡片。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明中采用輔助激光光源和窄帶濾光片濾光，并通過相機成像來顯示激光焊接過程中的焊縫，采用窄帶濾光片對焊接激光束進行過濾，使其有足夠的對比度區(qū)分工件表面和焊縫，其結構簡單、功能可靠且易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于激光焊縫追蹤的光學成像系統(tǒng)的原理圖。

圖2為本發(fā)明輔助激光光束照射區(qū)域的局部放大圖。

附圖標記說明：1-半導體激光器、2-凸透鏡、3-相機、4-窄帶濾光片、5-保護鏡片、6-聚焦透鏡、7-輔助激光光束、8-焊接激光束、9-焊縫、10-工件、11-成像區(qū)域

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的 目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

參閱圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于激光焊縫追蹤的光學成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用輔助激光光源和窄帶濾光片4濾光的方法來顯示激光焊接過程中的焊縫，還包括凸透鏡2、相機3、保護鏡片5和聚焦透鏡6。

所述外圍激光加工頭(圖上未顯示)發(fā)出焊接激光束8經(jīng)過聚焦透鏡6作用在工件10上，并形成焊縫9。相機3和輔助激光光源以激光加工頭為軸線對稱設置，且兩者跟隨激光加工頭一起隨動，使得輔助激光光源發(fā)出的輔助激光光束7在工件10上的反射光能更好被相機3采集。窄帶濾光片4安裝在相機3鏡頭的前端，位于保護鏡片5之后，即三者由上至下同軸設置。保護鏡片5是為了防止焊接過程中噴濺的顆粒等污染物對窄帶濾光片4造成污染而設置的，采用常用平行平板玻璃鏡片，能夠方便更換和清洗。

上述中，輔助激光光源使用半導體激光器1，本實施例中，其波長選用為532nm(綠光)，輸出功率為0～30W連續(xù)可調(diào)。由于半導體激光器1僅僅作為輔助照明光源，因此出于成本考慮采用多模半導體激光器。窄帶濾波片4采用鍍膜方法加工，帶通波長λ₀為532nm，帶通寬度為±λ₀×1％。即半導體激光器1輸出的激光波長和窄帶濾波片4的帶通波長相同，兩者的波長不限于上述的532nm(綠光)。

上述中，相機3使用普通工業(yè)用CCD相機，考慮到數(shù)據(jù)傳輸速度，相機3長邊分辨率達到1000像素即可。

本發(fā)明的工作原理如下：

半導體激光器1發(fā)射出來的光束，經(jīng)凸透鏡2匯聚后形成輔助激光光束7照射在工件上大約30mm×30mm區(qū)域，為相機3成像提供足夠的亮度。焊接激光束8的波長大多采用1.06μm(光纖激光器和YAG激光器波長)和 10.6μm(高功率CO₂激光器波長)，因此處于窄帶濾光片4的截止波長區(qū)域，包括焊接時產(chǎn)生的火花在內(nèi)的絕大部分雜散光將被窄帶濾波片4過濾掉，只有輔助激光光束7能夠在相機3上獲得清晰的成像。因此，焊接區(qū)域的焊縫在焊接時能通過相機3獲得清晰成像。

如附圖2所示，輔助激光光束7照射區(qū)域包括正在焊接的焊點和焊接后的焊縫9及焊接前的工件10拼合的縫隙。由于照射區(qū)域內(nèi)工件10表面反射光亮度比焊縫反射光亮度高出數(shù)倍，該成像區(qū)域11經(jīng)過相機3成像時有足夠的對比度。因此，此用于焊縫追蹤的光學系統(tǒng)可以清晰顯示焊接中的焊縫及焊接點與焊縫的偏離程度。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。