[发明专利]基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置

权利要求书

1.一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，其特征在于，包括：传感通路、复合滤光系统和图像检测系统；设置焊枪电极末端的中心为原点O，堆积高度方向为Z轴正方向，堆积行走方向为X轴正方向，Y轴正方向垂直于X轴和Z轴所组成平面且指向传感通路一侧；

所述传感通路用于将熔池尺寸信息和前一堆积层的高度尺寸信息传递到图像检测系统，包括第一平面镜(1)、第二平面镜(2)和第三平面镜(3)，且第一平面镜(1)、第二平面镜(2)和第三平面镜(3)的尺寸均相同，所述尺寸为长度l和宽度w；

所述复合滤光系统用于降低弧光强度与消除环境杂光的干扰，沿传感通路传递的熔池尺寸信息的传播方向依次设置滤光片(4)和减光片(5)，滤光片(4)和减光片(5)设置于工业相机(6)的前方，传感通路传递的熔池尺寸信息和前一堆积层的高度尺寸信息依次通过滤光片(4)、减光片(5)和工业相机(6)；

所述图像检测系统用于采集熔池尺寸图像与前一堆积层的高度尺寸图像，并提取熔池尺寸和前一堆积层的高度尺寸，包括工业相机(6)和计算机(7)，工业相机(6)通过USB数据线连接到计算机(7)，工业相机(6)用于采集熔池尺寸图像和前一堆积层的高度尺寸图像，计算机(7)用于开发图像处理算法并提取熔池尺寸和前一堆积层的高度尺寸；

所述第一平面镜(1)、第二平面镜(2)和第三平面镜(3)各自镜面所在的平面均垂直于YOZ面，且与XOY面的夹角均成45°；第一平面镜(1)最下方的下边缘(17)与第二平面镜(2)最上方的上边缘(18)在XOZ面内的投影完全重合，第一平面镜(1)的体心A、第二平面镜(2)的体心B和第三平面镜(3)的体心C确定一个平面ABC，第二平面镜(2)与第三平面镜(3)在由下边缘(17)与上边缘(18)确定的平面内的投影完全重合，第一平面镜(1)中平行于平面ABC且靠近原点O的侧面为第一侧面(14)，第二平面镜(2)中平行于平面ABC且沿X轴正方向距离原点O最远的侧面为第二侧面(15)，第三平面镜(3)中平行于平面ABC且沿X轴正方向距离原点O最远的侧面为第三侧面(16)；沿Y轴正方向，第二平面镜(2)的体心B在第一平面镜(1)的体心A右侧50-70mm；沿Z轴正方向，第二平面镜(2)的体心B在第三平面镜(3)的体心C上方42-70mm；所述第一平面镜(1)从上方接收熔池辐射出的光线，通过反射作用到达复合滤光系统和图像检测系统，该过程用于获取熔池的宽度信息，熔池辐射出的光线和前一堆积层反射的电弧光经过第三平面镜(3)反射到第二平面镜(2)，然后到达复合滤光系统和图像检测系统，该过程用于获取熔池的高度信息和前一堆积层的高度信息；

所述工业相机(6)中用于获取熔池图像的部件为图像传感器芯片(19)，第一平面镜(1)和第二平面镜(2)为工业相机(6)的直接观测对象，工业相机(6)镜头的焦距f满足下述关系式：

D—第二平面镜的体心B到工业相机图像传感器芯片体心的水平距离；

L—直接观测对象的长度；L为第一平面镜(1)的最高点和第二平面镜(2)的最低点连线在XOZ面内投影的距离；

ω—图像传感器芯片的长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，其特征在于：工业相机镜头的焦距f＝25mm，图像传感器芯片的长度ω＝4.9mm；直接观测对象的长度L为60-70mm，第二平面镜的体心到工业相机图像传感器芯片体心的水平距离D为310-370mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，其特征在于：第一平面镜、第二平面镜和第三平面镜的长度l为35-43mm，长度l与宽度w满足下述关系式：

4.根据权利要求1所述的一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，其特征在于：平面ABC与XOY面的夹角为45-60°。