ВИДЕОСЕНСОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК B23K9/127 B23K37/00 B25J19/04 B25J13/08 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к электродуговой сварке промышленными роботами с произвольной конфигурацией шва.

Известно устройство слежения за сварным швом, при котором зона, расположенная около места сварки, сканируется телевизионной камерой, при этом получается двумерное сечение в зоне сварного шва или вблизи нее [1].

Недостаток данного устройства заключается в том, что получаемая информация недостаточна для обеспечения качества сварного шва. Кроме того, используется сложная механическая и электронная аппаратура в зоне дуги, что снижает надежность сварочного комплекса.

Отмеченные недостатки могут быть устранены путем сканирования точек вокруг горелки датчиком, перемещающимся в плоскости, перпендикулярной оси горелки, по окружности с центром, расположенным на этой оси, при этом измеряется расстояние до поверхности изделия датчиком.

Датчик расстояния представляет собой оптическую систему с импульсным излучателем света, линейным фотоприемником, фильтром, объективом. На фотоприемнике проектируются точки (образы) импульсов излучателя, соответствующих расстоянию до поверхности изделия. При этом получается трехмерное изображение сварной зоны [2].

Недостатком данного устройства является то, что хотя получается трехмерное изображение сварной зоны, пути его реализации представляют техническую сложность и невысокую надежность при эксплуатации.

Наиболее универсален и информативен триангуляционный метод измерения с применением сечения зоны свариваемого соединения световой плоскостью. Одним из наиболее совершенных и компактных видеосенсоров, построенных с использованием метода триангуляции, является видеосенсор, смонтированный в одном корпусе с горелкой. Видеосенсор содержит источник структурированного освещения, состоящий из маломощного инфракрасного лазера и цилиндрической оптики для получения полосы, пересекающей линию соединения, фотоприемник на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив и сменное входное окно [3].

Недостатком данного устройства является сложность оптической системы, использующей дополнительный источник структурированного освещения, состоящий из маломощного инфракрасного лазера и цилиндрической оптики для получения полосы.

Изобретение направлено на упрощение оптической системы, основанное на использовании излучения сварочной дуги, отраженного от поверхности свариваемых элементов. Это достигается тем, что видеосенсорное устройство для определения положения сварного шва, содержит фотоприемник луча, отраженного под углом от освещенной полосы, пересекающей линию соединения вблизи места сварки для получения трехмерной информации о свариваемом соединении, зазоре или сечении разделки и превышении кромок, выполненном на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив, сменное входное окно, отличающееся тем, что устройство снабжено преобразователем излучения сварочной дуги в освещенную полосу, состоящим из корпуса и установленных в нем с возможностью изменения угла поворота щелевой диафрагмой в виде цилиндра с продольным пазом и отражателя в виде цилиндра с плоской гранью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема видеосенсорного устройства; на фиг. 2 - пример формы освещенной полосы, проектируемой на поверхность свариваемых элементов.

Видеосенсорное устройство состоит из щелевой диафрагмы 1, отражателя 2, установленных в корпусе 3, который хомутом 4 закрепляется на сварочной горелке 5. На хомуте 4 установлена также фотоприемная камера 6, которая состоит из сменного окна 7, объектива 8, интерференционного фильтра 9 и фотоприемника 10.

Устройство работает следующим образом.

В момент образования сварочной дуги и движения электрода 11 по средней линии вдоль стыка 12 излучение от дуги проходит через щелевую диафрагму 1 и отражается от зеркальной поверхности 2 таким образом, что освещенная полоса пересекает линию соединения вблизи места сварки на поверхности свариваемых элементов 14. Вторично отражаясь от поверхности свариваемых элементов излучение от дуги попадает на фотоприемную камеру, проходя через окно 7, объектив 8, интерференционный фильтр 9 и фотоприемник 10, производится анализ формы стыка перед точкой сварки и сравнение с эталоном. При недопустимых отклонениях на соответствующие приводы робота поступает команда от ЭВМ для коррекции траектории электрода 11.

Предложенная конструкция видеосенсорного устройства обеспечивает высокую избирательную надежность, позволяющую получить трехмерную информацию о свариваемом соединении при относительно простой оптической системе.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 2711660, кл. В 23 К 9/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 1348109, кл. В 23 К 9/10, 1987.

3. Leading the way on robot weld guidance //The Industrial Robot. - 1983. - N 2. - P. 104 - 107 (прототип).

Использование: при электродуговой сварке промышленными роботами с произвольной конфигурацией шва. Видеосенсорное устройство содержит фотоприемник на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив и сменное входное окно. В качестве источника структурированного освещения используется сварочная дуга. Излучение от сварочной дуги преобразуется в освещенную полосу, пересекающую линию соединения вблизи места сварки, которая, вторично отражаясь под углом, позволяет получить на фотоприемнике трехмерную информацию о свариваемом соединении, зазоре или сечении разделки, превышении кромок. Преобразователь состоит из корпуса и установленных в нем с возможностью изменения угла поворота щелевой диафрагмой в виде цилиндра с продольным пазом и отражателя в виде цилиндра с плоской гранью. Предложенная конструкция видеосенсорного устройства обеспечивает высокую избирательную надежность, позволяющую получить трехмерную информацию о свариваемом соединении при относительно простой оптической системе. 2 ил.

Видеосенсорное устройство для определения положения сварного шва, содержащее фотоприемник луча, отраженного под углом от освещенной полосы, пересекающей линию соединения вблизи места сварки для получения трехмерной информации о свариваемом соединении, зазоре или сечения разделки и превышении кромок, выполненный на основе ПЗС-матрицы, интерференционный фильтр, объектив, сменное входное окно, отличающееся тем, что устройство снабжено преобразователем излучения сварочной дуги в освещенную полосу, состоящим из корпуса и установленных в нем с возможностью изменения угла поворота щелевой диафрагмой в виде цилиндра с продольным пазом и отражателя в виде цилиндра с плоской гранью.