CN102151945A - 多功能弧焊视觉监视装置和监视方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能弧焊视觉监视装置包括壳体、摄像头、镜头和滤光片，气动连杆装置，壳体底板内装有冷却管；前挡板内装有耐热白色玻璃；气缸支架与壳体底部固接，气缸固接在气缸支架顶部，气缸推杆端部铰接滤光板；滤光板与气缸通过连杆连接。监视方法是：在焊接前通过控制与气管连接的电磁阀的开关对气缸放气，滤光板转动至与推杆水平，耐热白色玻璃、镜头和摄像头三者中心线共线；在焊接过程中对气缸进气，滤光板转动至与推杆垂直，耐热白色玻璃、滤光片、镜头和摄像头四者中心线共线；在焊接后对气缸放气，重复焊接前动作，将滤光板转动至摄像头摄像范围外。本发明结构简单紧凑，成本低，具备远程监视功能；监视方法简单，操作方便。

Description

多功能弧焊视觉监视装置和监视方法

技术领域

本发明涉及一种弧焊焊接和切割过程质量传感监视装置及方法，具体地说是一种集监视电弧和熔池形态、电极与焊缝相对位置及周边环境功能于一体的多功能弧焊视觉监视装置和监视方法。

背景技术

众所周知，监视焊接过程是完整焊接程序中不可或缺的一部分，要么使用人眼直接观察，要么使用摄像头观察。但一些特殊的焊接工况中，如焊缝位置处于较高、空间狭小、在线核反应堆或者危险的化工场合等，往往需要采用自动化焊接技术进行焊接，在这种特殊环境下，操作者不能近距离准备和实施焊接，通常使用可远程控制的自动焊接设备，焊接操作者只能在安全的环境下通过远程控制系统对其进行控制。因焊接过程是一个复杂的过程，为保证获得良好的焊接质量，需要焊前调整电极或焊丝与焊缝的相对位置，焊接过程中需在强烈的弧光下观察焊接电弧形状、焊接熔池形态以及电极与焊缝相对位置等，另外还需要对焊缝成形情况进行观察。然而目前市场上应用较多的弧焊监视系统(申请专利号200920107079.2、200410052857.4)主要包含一只CCD摄像头、一套滤光片组件和一步进电机，利用步进电机实现滤光片在CCD摄像头镜头旋转。该系统整体没有防尘保护及冷却保护装置，尤其是在焊接过程中通过该滤光片仅能对电弧或熔池形态进行监视，监视画面中仅有电弧区是可见的，不能观察到电极与焊缝相对位置、焊接区周边环境以及焊缝成形情况。若要实现其他区域可见，利用原产品结构特点，还需附加多套设备如激光照明，成本较高，另外附加焊缝跟踪系统费用及其昂贵，设备数量增多，也使焊接系统的可靠性受到影响。无论是观察焊接电弧，还是熔池形态或者电极与焊缝相对位置，从目前的产品看都没有一个相对统一的性价比高的装置和方法实现多个目标区的监视。

发明内容

本发明是针对现有技术中的多种不足，一是提供一种多功能弧焊视觉监视装置，二是提供一种应用这种装置进行弧焊视觉监视的方法。

实现上述目的采用的技术方案是：这种多功能弧焊视觉监视装置，包括监视装置的壳体，壳体内装有摄像头、镜头和滤光片，还包括安装在壳体内的气动连杆装置，其中：

a、所述壳体底板内侧壁上装有与外部连通的冷却管；

b、所述壳体端部设有前挡板，该前挡板内装有耐热白色玻璃；

c、所述气动连杆装置安装在摄像头的侧面，气缸支架的底部与壳体底部固接，气缸固接在气缸支架的顶部，气缸的推杆端部铰接有滤光板，该滤光板上装有滤光片；所述滤光板与气缸之间通过连杆连接。

应用多功能弧焊视觉监视装置进行弧焊视觉监视的方法，所述监视方法是：

a、在焊接前：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，在气动连杆装置中推杆和连杆的拉动下，滤光板转动至与推杆水平，此时，耐热白色玻璃、摄像头的镜头和摄像头三者的中心线共线；

b、在焊接过程中；通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行进气，在气动连杆装置中推杆和连杆的推动下，滤光板转动至与推杆垂直，此时，耐热白色玻璃、滤光片、摄像头的镜头和摄像头四者的中心线共线；

c、在焊接后：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，重复焊接前的动作，将滤光板转动至摄像头摄像范围外。

与现有技术相比，本发明所提供的监视装置结构简单紧凑，成本低，操作简单易实现，采用的特殊滤光片只对高亮度的电弧区进行过滤，最终显示效果是：高亮度的电弧、低亮度的熔池和焊缝及周边环境，都可以清楚地显示出来，实现了观察区有、无强烈点光源情况下都能够被清晰地监视目的，具备远程监视功能；本发明所提供的监视方法，是在应用该装置的同时，对其内部原件的安装及使用作出具体的限制，以达到所需滤光效果，方法简单，操作方便。

附图说明

图1为发明的监视装置整体结构示意图。

图2为气动连杆装置结构示意图。

图3为滤光片结构示意图。

图4为冷却管结构示意图。

图中：前挡板1，耐热白色玻璃2，冷却管3，滤光板4，滤光片5，镜头6，摄像头7，视频线8，壳体9，气管10，气缸支架11，气缸12，推杆13，连杆14，支架15，绝缘纤维板16，机头17，电极18，中心区19，外缘环形区20，壳体底板21。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见附图1-4，本发明所公开的装置和方法适用于钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、激光焊接、等离子弧焊等焊接或切割过程中视觉传感监视。

这种多功能弧焊视觉监视装置，包括监视装置的壳体9，壳体9内装有摄像头7、镜头6和滤光片5，镜头6安装在摄像头7的端部，摄像头7的视频线8伸出壳体9，与外部监视器连接，还包括安装在壳体9内的气动连杆装置，摄像头采用的是CCD摄像头，或者其他带有调节光圈功能的镜头的摄像头，其中：

壳体底板21内侧壁上装有与外部连通的冷却管3；该冷却管3为铜质的回折结构管体，包括与外部水路连通的进水管和出水管，冷却水在冷却管3内循环，对壳体9内部构件进行冷却降温，达到空间整体冷却的目的。

壳体9的端部设有前挡板1，该前挡板1内装有耐热白色玻璃2。

气动连杆装置安装在摄像头7的侧面，气缸支架11的底部与壳体9底部固接，气缸12固接在气缸支架11的顶部，气缸12的推杆13端部铰接有滤光板4，该滤光板4上装有滤光片5。滤光板4与气缸12之间通过连杆14连接，能够在滤光板转动的过程中对其起到支撑作用。与气缸12连接的气管10伸出壳体9，与外部气泵的电磁阀连接，电磁阀是安装在焊接控制器上面，且与气管10连接。通过对气缸12的进、出气控制，使得推杆13推动滤光板4绕推杆13端部的销轴转动，其转动的位置以不影响镜头拍摄范围以及遮挡镜头为准。

滤光片5为圆形片状结构的点状滤光片，其中心区19为窄带过滤区，中心区19直径为2mm-5mm，中心区19波长为886nm-902nm，带宽为1nm-10nm，这里的带宽是指透过率为最大透过率一半时的滤光片宽度；外缘环形区20为减光区，透过率为10％-50％。滤光片5的特殊结构特征限制了该滤光片只对高亮度的电弧区进行过滤，最终显示效果是：高亮度的电弧、低亮度的熔池和焊缝及周边环境。

根据操作的实际情况，滤光片中心区19的波长也可以为947nm-957nm，带宽为1nm-10nm。强烈的光线经该滤光片后的中心区19过滤后，监视器中将清晰的显示熔池形态、电弧形态、电极与焊缝相对位置以及周边环境的图像，本装置可以利用镜头6的光圈调节装置对画面汇总光源强度显示效果进行控制。

壳体9通过绝缘纤维板16和支架15倾斜设置在焊机机头17的外侧，绝缘纤维板16固接在机头17的侧面上，然后支架15通过销轴与绝缘纤维板16铰接，绝缘纤维板16能够防止摄像头7受到电磁干扰。而支架15的另一端与壳体9外侧固接，通过支架15的转动，实现壳体9整体的转动。摄像头7和镜头6的中心线与机头17底部的电极18的中心线和焊缝中心线在同一平面内，这一限制通过安装时，控制支架在绝缘纤维板和壳体上的位置来决定。且摄像头7和镜头6的同轴线与电极中心线成30°-60°角倾斜设置，这种倾斜角度通过转动支架15控制。

壳体9、前挡板1、底板21、滤光板4均采用铝合金材质制作，加工成型后表面进行电化学着色处理，将其表层变为黑色，目的在于吸收表面的反射光，消除监视画面中出现的“鬼像”。

应用多功能弧焊视觉监视装置进行弧焊视觉监视的方法是：

a、在焊接前(即无强烈的点光源时)：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，在气动连杆装置中推杆和连杆的拉动下，滤光板转动至与推杆水平，或者是转动到不影响镜头视线的位置，此时，耐热白色玻璃2、摄像头的镜头6和摄像头7三者的中心线共线，这种位置在安装时就应该进行控制，以保证监视效果的精准。

b、在焊接过程中(即有强烈的点光源时)；通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行进气，在气动连杆装置中推杆和连杆的推动下，滤光板转动至于推杆垂直，或者是转到镜头的有效视线范围内，此时，耐热白色玻璃2、滤光片5、摄像头的镜头6和摄像头7四者的中心线共线，故滤光片需要与镜头端面平行。这样能够在焊接过程中，对其进行精确监视。

c、在焊接后(即无强烈的点光源时)：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，重复焊接前的动作，将滤光板转动至摄像头摄像范围外，即不影响镜头视线的位置。

Claims (5)

1.一种多功能弧焊视觉监视装置，包括监视装置的壳体，壳体内装有摄像头、镜头和滤光片，其特征在于，还包括安装在壳体内的气动连杆装置，其中：

a、所述壳体底板内侧壁上装有与外部连通的冷却管；

b、所述壳体端部设有前挡板，该前挡板内装有耐热白色玻璃；

c、所述气动连杆装置安装在摄像头的侧面，气缸支架的底部与壳体底部固接，气缸固接在气缸支架的顶部，气缸的推杆端部铰接有滤光板，该滤光板上装有滤光片；所述滤光板与气缸之间通过连杆连接。

2.根据权利要求1所述的多功能弧焊视觉监视装置，其特征在于，所述滤光片为圆形片状结构的点状滤光片，其中心区为窄带过滤区，中心区直径为2mm-5mm，中心区波长为886nm-902nm，带宽为1nm-10nm；外缘环形区为减光区，透过率为10％-50％。

3.根据权利要求1所述的多功能弧焊视觉监视装置，其特征在于，所述中心区的波长为947nm-957nm，带宽为1nm-10nm。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多功能弧焊视觉监视装置，其特征在于，所述壳体通过绝缘纤维板和支架倾斜设置在焊机机头的外侧；所述摄像头和镜头的中心线与机头底部的电极中心线和焊缝中心线在同一平面内，且摄像头和镜头的同轴线与电极中心线成30°-60°角倾斜设置。

5.一种应用权利要求1-3中任意一项所述的多功能弧焊视觉监视装置进行弧焊视觉监视的方法，其特征在于，所述监视方法是：

a、在焊接前：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，在气动连杆装置中推杆和连杆的拉动下，滤光板转动至与推杆水平，此时，耐热白色玻璃、摄像头的镜头和摄像头三者的中心线共线；

b、在焊接过程中；通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行进气，在气动连杆装置中推杆和连杆的推动下，滤光板转动至与推杆垂直，此时，耐热白色玻璃、滤光片、摄像头的镜头和摄像头四者的中心线共线；

c、在焊接后：通过控制与气管连接的电磁阀的开关，对气缸进行放气，重复焊接前的动作，将滤光板转动至摄像头摄像范围外。

Images