Оптический сенсор

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 23 К 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

llPN lVHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 о

В

С)

1(Л (21) 4763337/08 (22) 29, 1 1. 89 (46) 15,09,92. Бюл, ¹ 34 (71) В се со юзн ы и н ауч но-и ссл едо в а тел ьский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (72) Н.Г.Устинов, А,В.Карпиленко, Г.И,Исаков и А.И,Филиппович (56) Патент США

¹ 4567347, кл, В 23 К 9/10, 1986.

Патент CLLIA

N 4724301, кл, В 23 К 9/12, 1988.

Изобретение относи ся к средствам адаптации сварочных роботов, а более конкретно к оптическим сенсорам для слежения за стыком деталей при дуговой сварке, и может быть исгльзовано 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 полупроводни А2 „1761405 А1 (54) ОПТИЧЕСКИЙ СЕНСОР (57) 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. ковыи лазер, оптически связанные с ним первый фокусирующий объектив, у ел 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 отнссительно оси горелки, Зтим 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.

1761405

Целью изобретения является уменьшение габаритов сенсора и расширение его технологических возможностей без существенного усложнения его конструкции, Указанная цель достигается тем, что в известном сенсоре, включающем полупроводниковый лазер, оптически связанные с ним первый фокусирующий обьектив, астигматический элемент для формирования квази 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 обьективов.

На чертеже приведена общая схема оптического сенсора.

Оптический сенсор 1 содержит разъем

2 для питания полупроводникового лазера

3, первый фокусирующий объектив 4, астигматичный элемент 5, оптические клинья б, первую и вторую защитные прозрачные пластины 7, интерференционный селективный светофильтр 8, второй фокусирующий объектив 9 и матричный фотоприемник 10, представляющий собой блок с ПЭС-матрицей, Для защиты от тепловых и механических воздействий сварочной дуги элементы оптического сенсора помещены в воздухоохлаждаемый 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 квазиплоского пучка устанавливается посредством поворотов оптических клиньев в паре оптически связан ной,с первым фокусирующим обьективом вокруг его оси.

Излучение, рассеянное поверхностями деталей, принимается вторым фокусирующим объективом 9, и на чувствительной площадке матричного фотоприемника (ll3C-матрицы) 10 формируется изображе5

55 ние светового сечения свариваемых поверхностей. Согласование направления оси наблюдения сенсора с положением анализируемой сцены обеспечивается посредством поворотов оптических клиньев е паре оптически связанной со вторым фокусирующим обьективом вокруг его оси. Освещающий пучок 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 прототипом позволяет оперативно изменить направление визирования для согласования пространственного положения анализируемой оптическим сенсором сцены с конкретной технологической задачей, без замены оптических элементов или поворота оптическогс 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, отличающийся 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 ка>кдой паре вокруг оптических осей соответственно каждого из объективов.

1763 405