Оптический сенсор Советский патент 1992 года по МПК B23K9/12 

Изобретение относится к средствам адаптации сварочных роботов, а более конкретно к оптическим сенсорам для слежения за стыком деталей при дуговой сварке, и может быть использовано для получения информации об относительном положении стыка и о геометрии разделки при автоматизированной, автоматической или роботизированной сварке.

Известен оптический сенсор, содержащий полупроводниковый лазер, объектив для фокусировки излучения лазера на поверхности изделий, объектив для формирования изображения световой полосы и фотоприемник.

Известный сенсор не позволяет изменить направление визирования сенсора без поворота сварочной горелки с закрепленным на ней сенсором в целом, что сужает технологические возможности, особенно при сварке изделий сложной конфигурации.

Известен также сенсор, принятый за прототип, в котором имеется полупроводниковый лазер, оптически связанные с ним первый фокусирующий объектив, формирования квазиплоского пучка излучения лазера и первая защитная прозрачная пластина, а также оптически связанные между собой интерференционный селективный светофильтр для пропускания излучения лазера в узком спектральном диапазоне на длине волны излучения лазера, вторая защитная прозрачная пластина, второй фокусирующий объектив, фотоприемник, а также привод для его поворота относительно оси горелки. Этим обеспечивается расширение зоны поиска стыка без разворота горелки в целом.

Недостатком известного сенсора является невозможность изменить расстояние между анализируемой сценой и зоной сварки, что снижает технологические возможности сенсора. Кроме того, наличие привода и движущихся частей в сенсоре усложняет его конструкцию; снижает надежность его работы и точностные характеристики, увеличивает вес и габариты сенсора.

со

С

1 о

Ј о ел

Целью изобретения является уменьшение габаритов сенсора и расширение его технологических возможностей без существенного усложнения его конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в иавестном сенсоре, включающем полупроводниковый лазер, оптически связанные с ним первый фокусирующий объектив, астигматический элемент для формирования ква- зи плоского пучка излучения лазера и первую защитную прозрачную пластину, а также оптически связанные между собой интерференционный селективный светофильтр для пропускания излучения лазера в узком спектральном диапазоне на длине волны излучения лазера, вторую защитную прозрачную пластину, второй фокусирующий объектив и матричный фотоприемник, согласно изобретению установлены две пары оптических клиньев; оптически связанные с первым и вторым объективами, соответственно, причем клинья в каждой паре установлены с возможностью независимых поворотов друг относительно друга в каждой паре вокруг оптических осей соответственно каждого из объективов.

На чертеже приведена общая схема оптического сенсора.

Оптический сенсор 1 содержит разъем 2 для питания полупроводникового лазера 3, первый фокусирующий объектив 4, астиг- матичный элемент 5, оптические клинья 6, первую и вторую защитные прозрачные пластины 7, интерференционный селективный светофильтр 8, второй фокусирующий объектив 9 и матричный фотоприемник 10, представляющий собой блок с ПЭС-матри- цей. Для защиты от тепловых и механических воздействий сварочной дуги элементы оптического сенсора помещены в воздухо- охлаждаемый кожух 11.

Оптический сенсор работает следующим образом.

Инфракрасные излучение полупроводникового лазера 3 с помощью первого фокусирующего объектива 4 и астигматичного элемента 5 формируется в зондирующий квазиплоский пучок, при этом направление квазиплоского1 пучка устанавливается посредством поворотов оптических клиньев в паре оптически связанной с первым фокусирующим объективом вокруг его оси.

Излучение, рассеянное поверхностями деталей, принимается вторым фокусирующим объективом 9, и на чувствительной площадке матричного фотоприемника (ПЭС-матрицы) 10 формируется изображение светового сечения свариваемых поверхностей. Согласование направления оси на- блюдения сенсора с положением анализируемой сцены обеспечивается посредством поворотов оптических клиньев Е паре оптически связанной со вторым фокусирующим объективом вокруг его оси. Освещающий лучок и рассеянное излучение проходят через прозрачные защитные пластины 7, которые в свою очередь защищены от попадания дыма, гари и брызг расплавленного металла воздушной завесой, создаваемой отработавшим охлаждающим воздухом, Для снижения влияния засветки

от близко расположенной сварочной дуги используется спектральная фильтрация на длине волны излучения лазера с помощью интерференционного фильтра 8.

Использование пар оптических клиньев.

оптически связанных с первым и вторым объективами, по сравнению с прототипов позволяет оперативно изменить направление визирования для согласования пространственного положения анализируемо /:

оптическим сенсором сцены с конкретной технологической задачей, без замены оптических элементов или поворота оптического сенсора в целом, упрощает конструкцию и улучшает массогабаритные показатели оптического сенсора.

Формула изобретения Оптический сенсор для слежения за стыком при дуговой сварке, содержащий полупроводниковый лазер, оптически связанные с ним первый фокусирующий объектив, астигматический элемент для формирования квазиплоского пучка излучения лазера и первую защитную прозрачную пластину, а также оптически связанные между собой

интерференционный селективный светофильтр для пропускания излучения лазера в узком спектральном диапазоне на длине волны излучения лазера, вторую защитную прозрачную пластину, второй фокусирующий объектив и матричный фотоприемник, от л имеющийся тем, что, ч целью уменьшения габаритов сенсора и расширения его технологических возможностей за счет упрощения изменения направления визирования, сенсор снабжен двумя парами оптических клиньев, оптически связанных с первым и вторым объективами соответственно; причем клинья в каждой паре установлены с возможностью независимых

поворотов друг относительно друга в каждой паре вокруг оптических осей соответственно каждого из объективов.

Использование: для автоматического слежения за стыком деталей при автоматизированной, автоматической или роботизированной сварке. Сущность: снабжение оптического сенсора двумя парами оптических клиньев за счет упрощения измерения направления визирования, позволяет расширить диапазон расстояний между анализируемой сценой и зоной сварки, выбрать требуемую точность измерения координат, работать при различных ориентациях сварочной горелки относительно стыка деталей. 1 ил.