焊接机器人伺服双目视觉传感器.pdf

一种焊接机器人伺服双目视觉传感器，用于焊接技术领域。本发明包括：伺服电机、同步带传动系统、两个CCD摄像机、气动系统、减光和滤光系统、内外两个空心轴、端盖及平板支架、槽钢形的支架及两个轴承。CCD摄像机、气动系统及减光和滤光系统固定在平板支架上，平板支架固定在外空心轴上，两空心轴之间放置两个轴承，外空心轴通过轴承绕内空心轴旋转，伺服电机的动力通过同步带传动系统传递到外空心轴上，带动CCD摄像机绕焊枪转动，同步带传动系统和外空心轴之间通过端盖连接，内空心轴和伺服电机固定在槽型钢支架上。本发明实现了CCD摄像机可绕焊枪作可控角度旋转以保持良好的取像方位以及自动加载或移开滤光片和减光片的功能，具有了多用途特点。

1、  一种焊接机器人伺服双目视觉传感器，包括：两个CCD摄像机(3)，其特征在于，还包括：伺服电机(1)、同步带传动系统(2)、气动系统(4)、减光和滤光系统(5)、内空心轴(6)、外空心轴(7)、端盖(8)及平板支架(9)、槽钢形的支架(10)及两个轴承(11)，其连接关系为：两个CCD摄像机(3)、气动系统(4)、减光和滤光系统(5)固定在平板支架(9)上，平板支架(9)固定在外空心轴(7)上，内空心轴(6)、外空心轴(7)之间设置两个轴承(11)，外空心轴(7)通过轴承(11)绕内空心轴(6)旋转，伺服电机(1)的动力通过同步带传动系统(2)传递到外空心轴(7)上，带动CCD摄像机(3)绕焊枪转动，同步带传动系统(2)和外空心轴(7)之间通过端盖(8)连接，内空心轴(6)和伺服电机(1)固定在槽型钢支架(10)上。

2、  根据权利要求1所述的焊接机器人伺服双目视觉传感器，其特征是，同步带传动系统(2)包括固定在伺服电机(1)轴上的小齿轮(12)、同步带(13)和固定在外空心轴(7)上的大齿轮(14)。

3、  根据权利要求1所述的焊接机器人伺服双目视觉传感器，其特征是，气动系统(4)包括一个电磁气阀(15)和两个气缸(16)，减光及滤光系统(5)包括减光镜片(17)、滤光镜片(18)以及镜片支架(19)、连杆(20)及滑杆(21)和支架(22)，减光镜片(17)及滤光镜片(18)重叠设置在镜片支架(19)上，通过连杆(20)与气缸(16)的轴相连接，在镜片支架(19)的一边上固定有滑杆(21)，滑杆(21)在它的支架(22)上滑动，电磁气阀(15)和焊接机器人控制器的I/O端口连接。

4、  根据权利要求1所述的焊接机器人伺服双目视觉传感器，其特征是，焊枪通过内空心轴(6)上的两组压紧螺钉固定在内空心轴(6)上，整个传感器通过槽钢形支架(10)固定到焊接机器人的末关节上。

焊接机器人伺服双目视觉传感器
技术领域
本发明涉及一种焊接机器人视觉传感器，具体是一种焊接机器人伺服双目视觉传感器。用于焊接技术领域。
背景技术
目前，应用于焊接机器人上的传感方式多种多样，在这些传感方法之中，由于视觉传感方式具有信息量大、非接触、快速、高精度及检测范围大等优点，受到广大焊接工作者的喜爱，目前已成为机器人焊接传感器方面的研究热点。视觉传感技术在焊接机器人上应用较多的是进行焊缝视觉跟踪及熔透控制等焊接过程智能控制方面的研究。目前国内外研究比较成熟的是采用激光或者结构光的视觉传感方式，这种传感方式需要外加特定的光源，存在着信息量不够丰富、功能单一、体积较大、测量点和施焊点有一段距离等不足之处。
经对现有技术文献检索分析，发现鞠益兰等人在《电焊机》(2002，Vol32，No.5：9-12)上发表的“结构光式激光视觉传感器的焊缝跟踪系统”中介绍的视觉传感器具有一定的代表性，该种传感器主要小型激光器和CCD摄像机组成，激光器发射一束可见激光，经光阑变成一束扇形光带照射到工件上，CCD摄像机与激光器成一角度设置，来自工件表面的反射光将接头的几何轮廓成像在CCD上，利用光学三角法，不但可检测到水平特征，而且传感器与工件间的高度也可确定。但是，该传感器功能单一，只能用于焊缝跟踪，并且当用在机器人上时，由于其相对于焊枪的位置不动，当焊接曲率较大的焊缝时，焊缝有可能脱离CCD的视场，造成跟踪失败，另外滤光片固定在摄像机前端不能移动，无法满足在自然光条件下使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种焊接机器人伺服双目视觉传感器。使其实现了CCD摄像机可绕焊枪作可控角度旋转以保持良好的取像方位以及自动加载或移开滤光片和减光片的功能，从而使本焊接机器人视觉传感器的具有了多用途特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：伺服电机、同步带传动系统、两个CCD摄像机、气动系统、减光和滤光系统、内外两个空心轴、端盖及平板支架、槽钢形的支架及两个轴承。CCD摄像机绕焊枪旋转的设计上采用了双层空心轴的结构，焊枪通过内空心轴上的两组压紧螺钉固定在内空心轴上，两个CCD摄像机、气动系统及减光和滤光系统固定在平板支架上，平板支架固定在外空心轴上，两空心轴之间放置两个高精度的轴承，外空心轴通过轴承可以绕内空心轴旋转。伺服电机的动力通过同步带传动系统传递到外空心轴上，带动CCD摄像机绕焊枪转动，同步带传动系统和外空心轴之间通过端盖连接。内空心轴和伺服电机固定在槽型钢支架上，这样内空心轴受了传感器的大部分重量。本发明整个传感器通过槽钢形支架固定到焊接机器人的末关节上。
同步带传动系统包括固定在伺服电机轴上的小齿轮、同步带和固定在外空心轴上的大齿轮。
气动系统包括一个电磁气阀和两个气缸。减光及滤光系统包括减光镜片、滤光镜片以及镜片支架、连杆及滑杆和支架。减光镜片及滤光镜片重叠设置在镜片支架上，通过连杆与气缸的轴相连接，受气缸的驱动。为防止镜片支架绕气缸轴转动，在镜片支架的一边上固定有滑杆，滑杆可以在它的支架上滑动。
伺服电机可以作为机器人的一个外部轴受机器人控制器控制。电磁气阀和机器人控制器的I/O端口连接，从而既可以在对焊接机器人进行示教作业时，由示教编程器对气阀进行控制，也可以通过主控计算机实现对气阀编程控制，从而满足在不同工作阶段驱动减光及滤光系统的工作要求。
本发明传感器使用时，在开始焊接前阶段，由于电弧没有引燃，系统是采用自然光照明成像，这时气缸带动镜片支架使减光片及滤光片从摄像机前端移开，使两个摄像机可以直接拍摄被焊工件图像，实现对焊缝及焊接起始位置的识别确认，进行焊接机器人对初始焊接位置的识别及导引，然后通过焊缝斜前方的CCD摄像机进行焊缝自主跟踪生成焊缝曲线在机器人基坐标下的坐标，并通过伺服电机完成摄像机取像方位的规划；在进行焊接过程阶段，由于电弧已经引燃，光照十分强烈，为了使摄像机能够清晰对焊接熔池及焊缝成像，可通过电磁气阀控制气缸将减光片及滤光片移到两个摄像机的前端，使用熔池斜后方的摄像机对焊接熔池成像，通过对熔池图像的处理以进行焊接熔透控制，使用熔池斜前方的摄像机进行焊缝跟踪，进一步纠正焊缝偏差。
本发明满足了智能焊接机器人对传感器的需求，由于使用气动系统自动移动滤光片和减光片，本传感器可以实现初始焊缝的导引、焊缝坐标的获取、焊缝跟踪和熔透控制等多种功能。由于CCD摄像机可以绕焊枪旋转到需要的取像方位，所以能够实现对曲线焊缝进行跟踪，且焊缝曲线可以是闭合的。使用两个摄像机能够实现在焊缝跟踪的同时进行熔透控制。本传感器特别适合曲线焊缝的高质量全自动焊接，具有很高的实用性。
附图说明
图1本发明传感器结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：伺服电机1、同步带传动系统2、两个CCD摄像机3、气动系统4、减光和滤光系统5、内空心轴6、外空心轴7、端盖8及平板支架9、槽钢形的支架10及两个轴承11。其连接关系为：两个CCD摄像机3、气动系统4、减光和滤光系统5固定在平板支架9上，平板支架9固定在外空心轴7上，内空心轴6、外空心轴7之间设置两个高精度的轴承11，外空心轴7通过轴承11绕内空心轴6旋转。伺服电机1的动力通过同步带传动系统2传递到外空心轴7上，带动CCD摄像机3绕焊枪转动，同步带传动系统2和外空心轴7之间通过端盖8连接。内空心轴6和伺服电机1固定在槽型钢支架10上。
焊枪通过内空心轴6上的两组压紧螺钉固定在内空心轴6上，整个传感器通过槽钢形支架10固定到焊接机器人的末关节上。
同步带传动系统2包括固定在伺服电机1轴上的小齿轮12、同步带13和固定在外空心轴7上的大齿轮14。
气动系统4包括：一个电磁气阀15和两个气缸16。减光及滤光系统5包括：减光镜片17、滤光镜片18以及镜片支架19、连杆20及滑杆21和支架22。减光镜片17及滤光镜片18重叠设置在镜片支架19上，通过连杆20与气缸16的轴相连接，受气缸16的驱动，在镜片支架19的一边上固定有滑杆21，滑杆21在它地支架22上滑动。电磁气阀15和焊接机器人控制器的I/O端口连接。