CN209927731U - 工件焊缝视觉识别设备 - Google Patents
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Abstract
工件焊缝视觉识别设备，包括摄像头，结构光源，二轴自动平台，设备框架和控制模块；摄像头用于提取焊缝在结构光下呈现的凹型光线图像；结构光不受环境光的影响，用于放大焊缝的特征；摄像头和结构光源与控制模块相连，控制模块将摄像头拍摄到的光线照片进行处理，经过计算后得到焊缝的位置；二轴自动平台包括X轴自由度机构和Y轴自由度机构，两轴导轨在电机的带动下交替运动；摄像头、结构光源和二轴自动平台安装在设备框架内部；控制模块的单片机通过串口、USB接口与配有数据库的计算机通信。本实用新型以结构光为光源，具有明显的优点：不受环境光影响，所需时间短，效率高，灵敏度高，测量精度高，可以实时反馈焊缝的焊接质量等优点，从而实现了对焊接产品质量的控制，进一步实现了焊接的智能化和自动化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用结构光作为光源的工件焊缝视觉识别设备，由计算机实时进行图像处理并完成计算。
背景技术
随着制造业的发展，焊接工艺在生产中有着越来越广泛的应用，现代化工业对焊接质量也有着越来越高的要求。于是近年来，对焊缝的识别检测技术越来越受到人们的瞩目。焊接是一个复杂的过程，在焊接过程中，工件表面产生许多不同的物理现象，如电磁辐射，光辐射和红外辐射等，通常这些不同的物理现象与焊接质量密切相关。基于获取焊接过程中各种物理现象产生的不同信号，已经开发出不同的在线监测方法以用来监测焊接质量和焊接缺陷检测。
基于超声波的焊缝质量检测技术是焊缝无损检测的有效手段之一。当物体表面存在缺陷，此处对超声波传播波形的反射情况和穿透会有无缺陷处有明显的区别，超声波检测利用这种差异，基于被测物体材料的声学性能，来判定是否存在缺陷，检测焊缝质量。超声波检测的缺点也是显而易见的，对焊缝质量的缺陷显示不明显，返回的是一系列信号，无法直观识别缺陷的种类。
红外遥感是一种已广泛应用于缺陷表征和材料性能评价的无损检测技术。当有恒定的热流注入被测物体时，有遇到缺陷，则温度分布会与无损处明显不同，从而它们发出的红外线就会不同，根据工件表面温度分布图，就能确定焊缝是否存在缺陷及缺陷的位置。
基于X射线的焊缝检测技术是使X射线穿透金属材料后被图像增强器接受，再由图像增强器把接收到的X射线转化为可见的光学图像，之后再经过一系列处理生成数字图像。当被检工件材料的密度和厚度发生变化时，最终呈现的数字图像也会发生变化，检测人员根据底片上的成像判定焊缝的质量。基于X射线的焊缝检测技术并不能完全自动化，存在一定的漏检率和误检率。
发明内容
为了克服已有工件焊缝识别方式的漏检率和误检率较高的不足,为了提高焊缝检测的精度，获取工件上焊缝的实时情况，不对工件造成损伤，本实用新型提出了一种基于结构光的工件焊缝视觉识别设备。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种工件焊缝视觉识别设备，包括摄像头、结构光源、二轴自动平台、设备框架和用于将摄像头拍摄到的光线照片进行处理并经过计算后得到焊缝的位置的控制模块，所述摄像头用于提取焊缝在结构光下呈现的凹型光线图像，所述结构光源用于放大焊缝的特征；所述的摄像头和结构光源与控制模块相连，所述的摄像头、结构光源和二轴自动平台安装在设备框架内部，所述二轴自动平台为用于固定检测工件的识别工位。
进一步，所述二轴自动平台包括X轴自由度机构和Y轴自由度机构。
所述的X轴自由度机构包括支撑架、X轴平台、第一导轨、第一驱动机构，所述的X轴自由度机构通过支撑架安装在设备框架的底座上，所述的第一导轨固定在支撑架上，所述的X轴平台安装在第一导轨上，并通过所述第一驱动机构与控制模块单片机的控制，在第一导轨上沿着X轴方向有序运动。
所述的Y轴自由度机构包括Y轴平台、第二导轨和第二驱动机构，所述的第二导轨安装在所述X轴自由度机构的X轴平台上，所述Y轴平台安装在所述第二导轨上，并能在第二驱动机构和控制模块单片机的控制下，在第二导轨上沿着Y轴方向有序运动。
所述的控制模块的单片机通过串口或者USB接口与配有数据库的计算机通信。
所述的结构光源包括650nm波长的激光发生器和窄带滤光片，所述窄带滤光片位于激光发生器的线结构光出口。所述的结构光源为650nm波长的激光发生器产生的线结构光，并且采用了窄带滤光片来滤除环境光的干扰。线结构光视觉因为其使用方便、测量精度高和实时性好等优点，在焊缝质量检测上可以发挥重要作用。线结构光到达工件表面，在工件焊缝处出现凹型光线，产生精确的焊缝信息。
本实用新型的技术构思为：采用线性结构光可基于光学三角原理得到焊缝的三维信息，首先激光发生器会发射出具有特定形状特点的结构光到需要检测的工件表面，之后摄像机将投射在工件表面的结构光进行采集并进行一系列的后续处理，可以得到被测工件的三维坐标和形状特征。
以结构光为光源，在工件检测平面上产生反射和散射的工件焊缝识别设备具有明显的优点：不受环境光影响，所需时间短，效率高，灵敏度高，测量精度高，可以实时反馈焊缝的焊接质量等优点，从而实现了对焊接产品质量的控制，进一步实现了焊接的智能化和自动化。
本实用新型的有益效果主要表现在：检测过程无接触，不损坏工件；采用结构光，不受环境光影响；检测识别速度快，与工件移动速度配合。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1，一种工件焊缝视觉识别设备，包括摄像头3、结构光源201、二轴自动平台、设备框架和控制模块。摄像头3用于提取焊缝在结构光下呈现的凹型光线图像；结构光源201不受环境光的影响，用于放大焊缝的特征；所述的摄像头3和结构光源201与控制模块相连，所述控制模块将摄像头拍摄到的光线照片进行处理，经过计算后得到焊缝的位置；所述二轴自动平台为用于固定检测工件的识别工位。
所述二轴自动平台包括X轴自由度机构和Y轴自由度机构，两轴导轨在电机的带动下交替运动，工件固定在平台上，平台在导轨的带动下按照焊缝检测要求控制工件在平面内运动，完成对整个工件表面的拍摄。
所述的摄像头、结构光源和二轴自动平台安装在设备框架内部；所述的控制模块的单片机通过串口或者USB接口与配有数据库的计算机通信。
所述的结构光源201为650nm波长的激光发生器产生的线结构光，并且采用了窄带滤光片来滤除环境光的干扰。线结构光视觉因为其使用方便、测量精度高和实时性好等优点，在焊缝质量检测上可以发挥重要作用。线结构光到达工件表面，在工件焊缝处出现凹型光线，产生精确的焊缝信息。
所述的摄像头3采集到结构光在工件表面呈现的图像，实时反映到控制模块，检测过程无接触，不损坏工件，对焊缝无影响，达到无损检测的目的。
所述的X轴自由度机构包括支撑架502、X轴平台5、第一导轨501、第一驱动机构，所述的X轴自由度机构通过支撑架502安装在设备框架1的底座上，所述的第一导轨501固定在支撑架502上，所述的X轴平台5安装在第一导轨501上，并通过所述第一驱动机构与控制模块单片机的控制，在第一导轨501上沿着X轴方向有序运动。
所述的Y轴自由度机构包括Y轴平台4、第二导轨401和第二驱动机构，所述的第二导轨401安装在所述X轴自由度机构的X轴平台5上，所述Y轴平台4安装在所述第二导轨401上，并能在第二驱动机构和控制模块单片机的控制下，在第二导轨401上沿着Y轴方向有序运动。检测工件固定在所述Y轴平台4上，并通过控制模块的设定程序，随着X轴和Y轴的运动，完全地将焊缝展示在所述结构光和摄像头下。
本实施例中，检测工件固定在Y轴平台4上，Y轴平台根据控制模块单片机的控制，在第二导轨401上沿着Y轴有序运动，Y轴自由度机构安装在X轴平台5上，并根据控制模块单片机的控制在第一导轨501上沿着X轴运动，从而带动检测工件完全地将焊缝展示在所述结构光源201和摄像头3下。
结构光源201安装在支架2上，支架2固定在设备框架1的上部，结构光为650nm波长的激光发生器产生的线结构光，并且采用了窄带滤光片来滤除环境光的干扰。线结构光到达工件表面，在工件焊缝处出现凹型光线，产生精确的焊缝信息。
摄像头3安装在设备框架1的上部，获取检测工件上的焊缝信息，并将焊缝信息实时传送到控制模块上，控制模块的单片机通过串口或者USB接口与配有数据库的计算机6通信，在计算机中进行图像的识别和计算，得到工件焊缝情况和焊缝位置。
Claims (6)
1.一种工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述设备包括摄像头、结构光源、二轴自动平台、设备框架和用于将摄像头拍摄到的光线照片进行处理并经过计算后得到焊缝的位置的控制模块，所述摄像头用于提取焊缝在结构光下呈现的凹型光线图像，所述结构光源用于放大焊缝的特征；所述的摄像头和结构光源与控制模块相连，所述的摄像头、结构光源和二轴自动平台安装在设备框架内部，所述二轴自动平台为用于固定检测工件的识别工位。
2.如权利要求1所述的工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述二轴自动平台包括X轴自由度机构和Y轴自由度机构。
3.如权利要求2所述的工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述的X轴自由度机构包括支撑架、X轴平台、第一导轨、第一驱动机构，所述的X轴自由度机构通过支撑架安装在设备框架的底座上，所述的第一导轨固定在支撑架上，所述的X轴平台安装在第一导轨上，并通过所述第一驱动机构与控制模块单片机的控制，在第一导轨上沿着X轴方向有序运动。
4.如权利要求3所述的工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述的Y轴自由度机构包括Y轴平台、第二导轨和第二驱动机构，所述的第二导轨安装在所述X轴自由度机构的X轴平台上，所述Y轴平台安装在所述第二导轨上，并能在第二驱动机构和控制模块单片机的控制下，在第二导轨上沿着Y轴方向有序运动。
5.如权利要求1～4之一所述的工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述的控制模块的单片机通过串口或者USB接口与配有数据库的计算机通信。
6.如权利要求1～4之一所述的工件焊缝视觉识别设备，其特征在于：所述的结构光源包括650nm波长的激光发生器和窄带滤光片，所述窄带滤光片位于激光发生器的线结构光出口。
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