[发明专利]基于CMOS的紧凑型机器人焊缝跟踪激光视觉传感器

说明书

一种基于CMOS的紧凑型机器人焊缝跟踪激光视觉传感器，包括：安装支架、系统外壳、摄像机、激光器和减光滤光系统，其中：摄像机和减光滤光系统在焊接过程中同轴设置于系统外壳内壁并传输焊接过程焊缝图像，摄像机和激光器以20°的夹角设置于系统外壳的内部，安装支架设置于焊枪上；本发明具有结构简单，多自由度，体积小，整体成型，价格便宜等特点，能满足常见的狭窄空间的焊缝类型例如角焊缝和T型焊缝的焊接需求。通过回型气道冷却系统，提高了视觉传感器的使用寿命和使用范围，从而满足实际工业应用中长时间自动化焊接的操作需求并确保监控效果。本发明可应用于焊接中的信息获取与识别、焊缝跟踪与控制等方面。

技术领域

本发明涉及的是一种机器人焊接领域的技术，具体是一种基于CMOS的适用于狭窄空间的紧凑型机器人焊缝跟踪激光视觉传感器，可应用于机器人焊接自动化中的焊缝识别、初始焊位导引、焊接过程实时焊缝跟踪以及基于点云的焊缝三维重建等，尤其是体积远小于目前进口具有类似功能的视觉传感器，可用于常见狭窄空间的角焊缝和T型焊缝的实时跟踪等。

背景技术

智能化焊接生产技术中，机器人焊接的智能化可以提高焊接生产效率与产品质量、降低劳动力负担，是实现智能化焊接生产不可或缺的一环。然而目前制造业中使用的绝大部分工业机器人基于示教-再现操作，当与示教轨迹不一致的偏差出现时，机器人不能跟踪焊缝进行焊接操作，这导致了示教型焊接机器人面对工件形状偏差的不确定性下难以进行理想的焊接操作。其根本原因在于传统的工业机器人不具备对外部信息的感知能力，对于焊接条件的变化无法测量，也无法实时根据误差调整运动。使用视觉传感器采集外部信息并进行处理，可以提高机器人在焊接任务中的适应调整能力。

视觉传感器可以采集得到丰富的焊接过程信息，根据是否使用辅助光源划分为主动视觉传感与被动视觉传感。主动视觉使用外部辅助光源辅助成像，而被动视觉主要是利用焊接过程中电弧所产生的电弧光作为图像光源。基于主动视觉的传感器是机器人焊缝跟踪系统的主流研究方向，使用特定的激光器作为外部光源，相比于被动视觉直接使用焊接电弧光作为图像采集的光源，主动视觉传感器不受焊接过程本身的影响，具有图像质量稳定、焊缝特征明显、适应性强、易于处理等特点，在焊缝跟踪领域具有越来越广泛的应用。

经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：CN200410052857.4名为“焊接机器人单目视觉传感器”的专利提供了另一种视觉传感器，该种传感器包括微型CCD摄像机，减光滤光系统，电机驱动系统及安装支架。其中微型CCD主要负责对焊接场景及被焊工件以及焊接熔池图像的采集，通过对熔池图像的处理可以进行焊接过程中的焊缝跟踪及焊接熔透控制。但是该传感器由于电机驱动系统和移除减光滤光系统使得传感器体积过大，不利于小角度焊缝的焊接；该传感器全部材料均为金属且不利于散热冷却，无法长时间工作；加上工业CCD摄像机价格比较昂贵，生产成本较高，不利于批量化生产，具有很大的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于CMOS的紧凑型机器人焊缝跟踪激光视觉传感器，具有结构简单，多自由度，体积小，整体成型，价格便宜等特点，能满足常见的狭窄空间的焊缝类型例如角焊缝和T型焊缝的焊接需求。该传感器尺寸较小，其中摄像头仅有大拇指般大小，使得安装以及检测时的空间灵活性大大增加。除此之外，传感器增加了回型气道冷却系统，提高了视觉传感器的使用寿命和使用范围，从而满足实际工业应用中长时间自动化焊接的操作需求并确保监控效果。本发明可应用于焊接中的信息获取与识别、焊缝跟踪与控制等方面。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：安装支架、系统外壳、摄像机、激光器和减光滤光系统，其中：摄像机和减光滤光系统在焊接过程中同轴设置于系统外壳内壁并传输焊接过程焊缝图像，摄像机和激光器以20°的夹角设置于系统外壳的内部，安装支架设置于焊枪上。