一种激光视觉传感器的设计方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接和图像处理领域，具体是一种激光视觉传感器的设计方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国的工业化水平越来越高，大型构件在现场的应用也越来越多。焊接是大型构件在现场的组装的重要手段，作为重工业的一项重要关键技术，焊接质量与效率影响着大型设备制造的质量、周期与成本。使用移动式焊接机器人代替人工焊接，不仅能保证焊接质量的稳定，还能有效地缩短制造工期，降低制造成本。要让焊接机器人能够自动识别跟踪焊缝进行焊接作业，传感器则必不可少。
[0003]激光视觉传感器实用于焊接作业中传感焊缝信息，包括激光部分和视觉传感部分。激光视觉传感器和图像采集卡把焊缝图像转换成数字信息存入电脑，经图像处理和焊缝识别后得出焊缝偏差信息，用于指导焊缝跟踪。激光视觉传感方式在焊接自动化中应用最广，传感器的好坏直接决定了焊缝跟踪的效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种激光视觉传感器设计方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种激光视觉传感器设计方法，其特征在于:以下步骤:
(1)确定激光器的参数；
(2)确定滤光片和衰减片的参数；
(3)选择摄像头的参数；
(4)进行传感器封装设计；
(5)进行传感器采集性能测试。
[0006]作为本发明进一步的方案:所述步骤(I)具体包括以下步骤:采用光谱仪对所设计到的焊接弧光进行采样，在可见光段(400-780nm)选择强度最小波长作为激光器的波长，激光器的功率可选择30mw到150mw不等，激光器的功率和衰减片的参数存在一定的耦合。为了使得设计出来的激光视觉传感器体积小，激光器可采用分体式的，即激光头和控制电路分开。
[0007]作为本发明再进一步的方案:步骤(2)中滤光片的中心波长采用激光器的波长，带宽理论上越小越好，但带宽越小价格越贵，通常取正负1nm可满足要求。衰减片的透过率需要结合激光器，滤光片一起测试，满足采集带弧光图像中激光条纹有明显的特征信息即可，可取0.1%。
[0008]作为本发明再进一步的方案:步骤(3)中摄像头的选取较为简单，获取的图像参数都可以通过图像采集卡来设定，只需考虑摄像头的尺寸便于后续的封装。
[0009]作为本发明再进一步的方案:步骤(4)中激光器和摄像头的夹角一般为15度左右，实际安装中可依实际效果而定。封装中为了防止光的反射，需将外盒里面全部涂黑，并将激光头和摄像头用隔断隔开。
[0010]作为本发明再进一步的方案:步骤(5)中的具体做法为:利用设计好的激光视觉传感器对有弧光和无弧光的图像进行采集，如果采集到的图像中激光条纹特征明显，则满足要求，否则需要重新进行步骤(2)中滤光片和衰减片的参数选择。
[0011]—种激光视觉传感器装置，主要包括安装把手、外盒、摄像头、出线孔、固定块、激光器、隔断、窗口片、光学器件、套筒、外盒盖板和螺丝孔;其特征在于:摄像头和激光器利用固定块固定在外盒上，摄像头和激光器的接线经出线孔接触，光学器件叠加在一起安装在套筒中，窗口片安装在传感器前端卡槽中，外盒盖板利用螺丝经过螺丝孔和外盒盒体连接在一起，所述激光视觉传感器通过安装把手连接在机器人本体的十字滑块上。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:1、安装方便，接线用航空插头，即插即用；
2、光学器件严格配对，采集到的图像少有弧光干扰，激光条纹特征清晰，利于后续的图像处理;3、体积小，功耗低，主要适用于角焊缝焊接跟踪，也可应用于其他类型的焊缝跟踪传感。
【附图说明】
[0013]图1为本发明采用Oceanoptics USB4000光谱仪采集的弧光光谱图。
[0014]图2为本发明滤光片的中心波长选择为660nm的光谱图。
[0015]图3为本发明的实物结构示意图。
[0016]图4为本发明的外盒盖板结构示意图。
[0017]在图中，1、安装把手2、外盒3、摄像头4、出线孔5、固定块6、激光器7、隔断
8、窗口片9、光学器件10、套筒11、卡槽12、螺丝孔13、外盒盖板。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]实例I
(I)确定激光器的参数；
采用Ocean optics USB4000光谱仪采集的弧光光谱图，如图1;
从图中可以看出焊接过程中产生的弧光辐射光谱主要包括紫外线(100-400nm)，可见光(400-7 80nm)和红外线福射(7 80nm-lmm)。强度最高的是在500-600nm波段，200_380nm波段紫外光谱的相对强度较弱，只有500-600nm波段平均相对强度的50%，在600nm以上的强度相对较低。因此选择激光的波长为660nm，功率为150mw。激光器采用分体式的，该类分体式激光器的特点是激光头和控制部分分离，便于封装和安装。激光器的另外一个特点是具有控制端，可通过开关量来控制激光的通断，不用的时候关闭，可延长激光管的使用寿命，也可一定程度上保护工作人员的眼睛。
[0020](2)确定滤光片和衰减片的参数；
滤光片的中心波长选择为660nm，其光谱图如2所示，考虑滤光片的带宽越小价格越高，经验证，选用带宽为正负I Onm可满足要求。
[0021](3)选择摄像头的参数；
为减小设计出来的激光视觉传感器的尺寸，方便安装，摄像头采用WAT-704R。
[0022](4)进行传感器封装设计；
激光视觉传感器利用安装把手I安装在十字滑块上，摄像头3和激光器6利用固定块5固定在外盒2上，摄像头3和激光器6的接线经出线孔4接触，光学器件9叠加在一起安装在套筒10中，窗口片8安装在卡槽11中，外盒盖板13利用螺丝经过螺丝孔12和外盒2盒体连接在一起。
[0023](4)进行传感器采集性能测试
利用装配好的激光视觉传感器进行封装好后，还需要进行性能的测试。调节激光焦距，使得其在实际焊接距离时激光最亮，即进行聚焦。调整摄像头的焦距，使得采集到的图像最清晰。采集焊接图像，如果图像中激光条纹特征明显，则传感器性能测试通过，否则需要重新步骤(2)或步骤(5)，直到采集到的图像符合要求为止。
[0024]以上实例针对角焊缝设计的激光视觉传感器，其它坡口的焊缝所应用激光视觉传感器可类似设计，只需更改安装把手以适应新的应用现场。
[0025]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤: (I)确定激光器的参数； 确定滤光片和衰减片的参数； 选择摄像头的参数； 进行传感器封装设计； 进行传感器采集性能测试。2.根据权利要求1所述的激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，所述步骤(I)具体包括以下步骤:采用光谱仪对所设计到的焊接弧光进行采样，在可见光段(400-780nm)选择强度最小波长作为激光器的波长，激光器的功率可选择30mw到150mw不等，激光器的功率和衰减片的参数存在一定的耦合;为了使得设计出来的激光视觉传感器体积小，激光器可采用分体式的，即激光头和控制电路分开。3.根据权利要求1所述的激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，步骤(2)中滤光片的中心波长采用激光器的波长，带宽理论上越小越好，但带宽越小价格越贵，通常取正负1nm可满足要求;衰减片的透过率需要结合激光器，滤光片一起测试，满足采集带弧光图像中激光条纹有明显的特征信息即可，可取0.1 %。4.根据权利要求1所述的激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，步骤(3)中摄像头的选取较为简单，获取的图像参数都可以通过图像采集卡来设定，主要需考虑摄像头的尺寸便于后续的封装。5.根据权利要求1所述的激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，步骤(4)中激光器和摄像头的夹角一般为15度左右，实际安装中可依实际效果而定，封装中为了防止光的反射，需将外盒里面全部涂黑，并将激光头和摄像头用隔断隔开。6.根据权利要求1所述的激光视觉传感器的设计方法，其特征在于，步骤(5)的具体做法为:利用设计好的激光视觉传感器对有弧光和无弧光的图像进行采集，如果采集到的图像中激光条纹特征明显，则满足要求，否则需要重新进行步骤(2)中滤光片和衰减片的参数选择。7.—种根据权利要求1所述的激光视觉传感器的装置，其特征在于:主要包括外盒、摄像头、出线孔、固定块、激光器、隔断、窗口片、光学器件、套筒、外盒盖板和螺丝孔;其结构特点为:摄像头和激光器利用固定块固定在外盒上，摄像头和激光器的接线经出线孔接触，光学器件叠加在一起安装在套筒中，窗口片安装在传感器前端卡槽中，外盒盖板利用螺丝经过螺丝孔和外盒盒体连接在一起，所述激光视觉传感器通过安装把手连接在机器人本体的十字滑块上。
【专利摘要】本发明公开了一种激光视觉传感器的设计方法及其装置，该方法包括以下步骤：确定激光器的参数；确定滤光片衰减片的参数；选择摄像头的参数；进行传感器封装设计；进行传感器采集性能测试。本发明的技术效果为：1、安装方便，接线用航空插头，即插即用；2、光学器件严格配对，采集到的图像少有弧光干扰，激光条纹特征清晰，利于后续的图像处理；3、体积小，功耗低，主要适用于角焊缝焊接跟踪，也可应用于其他类型的焊缝跟踪传感。
【IPC分类】G01B11/00
【公开号】CN105627925
【申请号】CN201610117653
【发明人】郭亮
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月2日