一種激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接和圖像處理領(lǐng)域，具體是一種激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)的工業(yè)化水平越來(lái)越高，大型構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用也越來(lái)越多。焊接是大型構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)的組裝的重要手段，作為重工業(yè)的一項(xiàng)重要關(guān)鍵技術(shù)，焊接質(zhì)量與效率影響著大型設(shè)備制造的質(zhì)量、周期與成本。使用移動(dòng)式焊接機(jī)器人代替人工焊接，不僅能保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，還能有效地縮短制造工期，降低制造成本。要讓焊接機(jī)器人能夠自動(dòng)識(shí)別跟蹤焊縫進(jìn)行焊接作業(yè)，傳感器則必不可少。
[0003]激光視覺(jué)傳感器實(shí)用于焊接作業(yè)中傳感焊縫信息，包括激光部分和視覺(jué)傳感部分。激光視覺(jué)傳感器和圖像采集卡把焊縫圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息存入電腦，經(jīng)圖像處理和焊縫識(shí)別后得出焊縫偏差信息，用于指導(dǎo)焊縫跟蹤。激光視覺(jué)傳感方式在焊接自動(dòng)化中應(yīng)用最廣，傳感器的好壞直接決定了焊縫跟蹤的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種激光視覺(jué)傳感器設(shè)計(jì)方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種激光視覺(jué)傳感器設(shè)計(jì)方法，其特征在于:以下步驟:
(1)確定激光器的參數(shù)；
(2)確定濾光片和衰減片的參數(shù)；
(3)選擇攝像頭的參數(shù)；
(4)進(jìn)行傳感器封裝設(shè)計(jì)；
(5)進(jìn)行傳感器采集性能測(cè)試。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述步驟(I)具體包括以下步驟:采用光譜儀對(duì)所設(shè)計(jì)到的焊接弧光進(jìn)行采樣，在可見(jiàn)光段(400-780nm)選擇強(qiáng)度最小波長(zhǎng)作為激光器的波長(zhǎng)，激光器的功率可選擇30mw到150mw不等，激光器的功率和衰減片的參數(shù)存在一定的耦合。為了使得設(shè)計(jì)出來(lái)的激光視覺(jué)傳感器體積小，激光器可采用分體式的，即激光頭和控制電路分開(kāi)。
[0007]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:步驟(2)中濾光片的中心波長(zhǎng)采用激光器的波長(zhǎng)，帶寬理論上越小越好，但帶寬越小價(jià)格越貴，通常取正負(fù)1nm可滿(mǎn)足要求。衰減片的透過(guò)率需要結(jié)合激光器，濾光片一起測(cè)試，滿(mǎn)足采集帶弧光圖像中激光條紋有明顯的特征信息即可，可取0.1%。
[0008]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:步驟(3)中攝像頭的選取較為簡(jiǎn)單，獲取的圖像參數(shù)都可以通過(guò)圖像采集卡來(lái)設(shè)定，只需考慮攝像頭的尺寸便于后續(xù)的封裝。
[0009]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:步驟(4)中激光器和攝像頭的夾角一般為15度左右，實(shí)際安裝中可依實(shí)際效果而定。封裝中為了防止光的反射，需將外盒里面全部涂黑，并將激光頭和攝像頭用隔斷隔開(kāi)。
[0010]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:步驟(5)中的具體做法為:利用設(shè)計(jì)好的激光視覺(jué)傳感器對(duì)有弧光和無(wú)弧光的圖像進(jìn)行采集，如果采集到的圖像中激光條紋特征明顯，則滿(mǎn)足要求，否則需要重新進(jìn)行步驟(2)中濾光片和衰減片的參數(shù)選擇。
[0011]—種激光視覺(jué)傳感器裝置，主要包括安裝把手、外盒、攝像頭、出線(xiàn)孔、固定塊、激光器、隔斷、窗口片、光學(xué)器件、套筒、外盒蓋板和螺絲孔;其特征在于:攝像頭和激光器利用固定塊固定在外盒上，攝像頭和激光器的接線(xiàn)經(jīng)出線(xiàn)孔接觸，光學(xué)器件疊加在一起安裝在套筒中，窗口片安裝在傳感器前端卡槽中，外盒蓋板利用螺絲經(jīng)過(guò)螺絲孔和外盒盒體連接在一起，所述激光視覺(jué)傳感器通過(guò)安裝把手連接在機(jī)器人本體的十字滑塊上。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、安裝方便，接線(xiàn)用航空插頭，即插即用；
2、光學(xué)器件嚴(yán)格配對(duì)，采集到的圖像少有弧光干擾，激光條紋特征清晰，利于后續(xù)的圖像處理;3、體積小，功耗低，主要適用于角焊縫焊接跟蹤，也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的焊縫跟蹤傳感。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明采用Oceanoptics USB4000光譜儀采集的弧光光譜圖。
[0014]圖2為本發(fā)明濾光片的中心波長(zhǎng)選擇為660nm的光譜圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的外盒蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]在圖中，1、安裝把手2、外盒3、攝像頭4、出線(xiàn)孔5、固定塊6、激光器7、隔斷
8、窗口片9、光學(xué)器件10、套筒11、卡槽12、螺絲孔13、外盒蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]實(shí)例I
(I)確定激光器的參數(shù)；
采用Ocean optics USB4000光譜儀采集的弧光光譜圖，如圖1;
從圖中可以看出焊接過(guò)程中產(chǎn)生的弧光輻射光譜主要包括紫外線(xiàn)(100-400nm)，可見(jiàn)光(400-7 80nm)和紅外線(xiàn)福射(7 80nm-lmm)。強(qiáng)度最高的是在500-600nm波段，200_380nm波段紫外光譜的相對(duì)強(qiáng)度較弱，只有500-600nm波段平均相對(duì)強(qiáng)度的50%，在600nm以上的強(qiáng)度相對(duì)較低。因此選擇激光的波長(zhǎng)為660nm，功率為150mw。激光器采用分體式的，該類(lèi)分體式激光器的特點(diǎn)是激光頭和控制部分分離，便于封裝和安裝。激光器的另外一個(gè)特點(diǎn)是具有控制端，可通過(guò)開(kāi)關(guān)量來(lái)控制激光的通斷，不用的時(shí)候關(guān)閉，可延長(zhǎng)激光管的使用壽命，也可一定程度上保護(hù)工作人員的眼睛。
[0020](2)確定濾光片和衰減片的參數(shù)；
濾光片的中心波長(zhǎng)選擇為660nm，其光譜圖如2所示，考慮濾光片的帶寬越小價(jià)格越高，經(jīng)驗(yàn)證，選用帶寬為正負(fù)I Onm可滿(mǎn)足要求。
[0021](3)選擇攝像頭的參數(shù)；
為減小設(shè)計(jì)出來(lái)的激光視覺(jué)傳感器的尺寸，方便安裝，攝像頭采用WAT-704R。
[0022](4)進(jìn)行傳感器封裝設(shè)計(jì)；
激光視覺(jué)傳感器利用安裝把手I安裝在十字滑塊上，攝像頭3和激光器6利用固定塊5固定在外盒2上，攝像頭3和激光器6的接線(xiàn)經(jīng)出線(xiàn)孔4接觸，光學(xué)器件9疊加在一起安裝在套筒10中，窗口片8安裝在卡槽11中，外盒蓋板13利用螺絲經(jīng)過(guò)螺絲孔12和外盒2盒體連接在一起。
[0023](4)進(jìn)行傳感器采集性能測(cè)試
利用裝配好的激光視覺(jué)傳感器進(jìn)行封裝好后，還需要進(jìn)行性能的測(cè)試。調(diào)節(jié)激光焦距，使得其在實(shí)際焊接距離時(shí)激光最亮，即進(jìn)行聚焦。調(diào)整攝像頭的焦距，使得采集到的圖像最清晰。采集焊接圖像，如果圖像中激光條紋特征明顯，則傳感器性能測(cè)試通過(guò)，否則需要重新步驟(2)或步驟(5)，直到采集到的圖像符合要求為止。
[0024]以上實(shí)例針對(duì)角焊縫設(shè)計(jì)的激光視覺(jué)傳感器，其它坡口的焊縫所應(yīng)用激光視覺(jué)傳感器可類(lèi)似設(shè)計(jì)，只需更改安裝把手以適應(yīng)新的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
[0025]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)確定激光器的參數(shù)； 確定濾光片和衰減片的參數(shù)； 選擇攝像頭的參數(shù)； 進(jìn)行傳感器封裝設(shè)計(jì)； 進(jìn)行傳感器采集性能測(cè)試。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟(I)具體包括以下步驟:采用光譜儀對(duì)所設(shè)計(jì)到的焊接弧光進(jìn)行采樣，在可見(jiàn)光段(400-780nm)選擇強(qiáng)度最小波長(zhǎng)作為激光器的波長(zhǎng)，激光器的功率可選擇30mw到150mw不等，激光器的功率和衰減片的參數(shù)存在一定的耦合;為了使得設(shè)計(jì)出來(lái)的激光視覺(jué)傳感器體積小，激光器可采用分體式的，即激光頭和控制電路分開(kāi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(2)中濾光片的中心波長(zhǎng)采用激光器的波長(zhǎng)，帶寬理論上越小越好，但帶寬越小價(jià)格越貴，通常取正負(fù)1nm可滿(mǎn)足要求;衰減片的透過(guò)率需要結(jié)合激光器，濾光片一起測(cè)試，滿(mǎn)足采集帶弧光圖像中激光條紋有明顯的特征信息即可，可取0.1 %。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(3)中攝像頭的選取較為簡(jiǎn)單，獲取的圖像參數(shù)都可以通過(guò)圖像采集卡來(lái)設(shè)定，主要需考慮攝像頭的尺寸便于后續(xù)的封裝。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(4)中激光器和攝像頭的夾角一般為15度左右，實(shí)際安裝中可依實(shí)際效果而定，封裝中為了防止光的反射，需將外盒里面全部涂黑，并將激光頭和攝像頭用隔斷隔開(kāi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟(5)的具體做法為:利用設(shè)計(jì)好的激光視覺(jué)傳感器對(duì)有弧光和無(wú)弧光的圖像進(jìn)行采集，如果采集到的圖像中激光條紋特征明顯，則滿(mǎn)足要求，否則需要重新進(jìn)行步驟(2)中濾光片和衰減片的參數(shù)選擇。7.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光視覺(jué)傳感器的裝置，其特征在于:主要包括外盒、攝像頭、出線(xiàn)孔、固定塊、激光器、隔斷、窗口片、光學(xué)器件、套筒、外盒蓋板和螺絲孔;其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:攝像頭和激光器利用固定塊固定在外盒上，攝像頭和激光器的接線(xiàn)經(jīng)出線(xiàn)孔接觸，光學(xué)器件疊加在一起安裝在套筒中，窗口片安裝在傳感器前端卡槽中，外盒蓋板利用螺絲經(jīng)過(guò)螺絲孔和外盒盒體連接在一起，所述激光視覺(jué)傳感器通過(guò)安裝把手連接在機(jī)器人本體的十字滑塊上。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)方法及其裝置，該方法包括以下步驟：確定激光器的參數(shù)；確定濾光片衰減片的參數(shù)；選擇攝像頭的參數(shù)；進(jìn)行傳感器封裝設(shè)計(jì)；進(jìn)行傳感器采集性能測(cè)試。本發(fā)明的技術(shù)效果為：1、安裝方便，接線(xiàn)用航空插頭，即插即用；2、光學(xué)器件嚴(yán)格配對(duì)，采集到的圖像少有弧光干擾，激光條紋特征清晰，利于后續(xù)的圖像處理；3、體積小，功耗低，主要適用于角焊縫焊接跟蹤，也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的焊縫跟蹤傳感。
【IPC分類(lèi)】G01B11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105627925
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610117653
【發(fā)明人】郭亮
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月2日