CN102179599B

CN102179599B - 一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩

Info

Publication number: CN102179599B
Application number: CN 201110082354
Authority: CN
Inventors: 乔东虓; 房婷; 郑军; 张伯奇; 潘际銮
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: CN102179599A

Abstract

本发明涉及一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：它包括一罩体，所述罩体顶部设置有罩盖，所述罩盖下方设置有一具有若干通孔的扰流板，所述罩盖上设置有排水气接头；焊枪穿过所述罩盖和扰流板设置在所述罩体内，所述焊枪与所述罩盖的连接处设置有密封件；所述罩体内设置有跟踪摄像机总成，与所述跟踪摄像机总成位置相对应的所述罩体侧壁上开设有窗口，所述窗口周向通过传感器固定座密封连接一设置在所述罩体外侧的传感器总成；所述传感器总成和跟踪摄像机总成电连接所述罩体外部的控制系统，所述罩体底部周向设置有柔性环件。本发明结构设置简单巧妙，操作方便，能够为焊接提供局部的无水环境，因此，可广泛用于水下局部干法自动焊接过程中。

Description

一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩

技术领域

本发明涉及一种焊接用局部罩，特别是关于一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩。

背景技术

目前的水下焊接局部罩多为筒形，一般由上部观察及排水气路装置、中部罩体、底部柔性环状接触部三部分组成。上部观察及排水气路装置一般包括进气装置、观察装置等；中部罩体侧壁开口，用于安装焊炬；底部柔性环状接触部设置柔性部分，与工件接触，常见的柔性部分有钢刷、海绵等多孔性材料。操作时，局部罩内通入压缩气体，气体压力将局部罩内的水从柔性部分的空隙与间隙中排出，保证工件表面没有水，为焊接提供局部的无水环境。筒形局部罩用于水下焊接时，局部罩表面安装传感器不便，零件加工复杂；且筒形局部罩在与工件平行的面上只有直径一个尺寸自由度，在特定的场合如在外部空间形状为非圆形的情况下，沿焊缝方向的尺寸与垂直焊缝方向的尺寸不独立，互相制约，不利于设计。

目前的局部罩多用于手工焊接，通过手持或者安装在其他设备上进行焊接，局部罩本身无跟踪焊缝的功能，而陆地上使用的常规焊缝跟踪传感器亦无法用于水下焊接。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种加工简便，能够实现全自动焊接，具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：它包括一罩体，所述罩体顶部设置有罩盖，所述罩盖下方设置有一具有若干通孔的扰流板，所述罩盖上设置有排水气接头；焊枪穿过所述罩盖和扰流板设置在所述罩体内，所述焊枪与所述罩盖的连接处设置有密封件；所述罩体内设置有跟踪摄像机总成，与所述跟踪摄像机总成位置相对应的所述罩体侧壁上开设有窗口，所述窗口周向通过传感器固定座密封连接一设置在所述罩体外侧的传感器总成；所述传感器总成和跟踪摄像机总成电连接所述罩体外部的控制系统，所述罩体底部周向设置有柔性环件。

所述跟踪摄像机总成包括一顶端连接在所述扰流板上的防水外壳，所述防水外壳顶部和所述罩盖上均设置有一电缆密封接头；所述防水外壳内设置有跟踪摄像机，所述跟踪摄像机底端设置有一滤光器；所述防水外壳底端设置有观察窗。

所述传感器总成包括传感器外壳，所述传感器外壳上、与所述罩体上的窗口相对应的位置密封设置有增透玻璃，所述传感器外壳内底部设置有摄像机安装座，所述摄像机安装座上设置有观察摄像机，所述观察摄像机上设置有LED照明光源，所述观察摄像机上方的所述摄像机安装座上设置有角度调节臂，所述角度调节臂上设置有半导体线激光器，所述传感器外壳上设置有电缆密封接头。

所述传感器总成中的所述半导体线激光器与所述跟踪摄像机总成中的跟踪摄像机构成结构光焊缝视觉传感器。

所述柔性环件包括设置在所述罩体底部周向的安装盘，所述安装盘内周向设置有挡圈，所述挡圈的外周向设置有柔性圈，所述柔性圈为多孔性材料。

所述罩体呈矩形。

所述扰流板与所述罩盖之间形成一个气室，所述气室内所述扰流板的上方设置有一层多孔材料。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于利用了罩体本身的结构，设置了照明机构、视觉观察机构和激光自动跟踪机构，因此，可用于水下局部干法全自动焊接和焊前焊后的观察。2、本发明的激光器、跟踪用传感器、照明光源安装在一个密封的壳体内形成密封整体，更换维修容易。3、本发明将整个跟踪摄像机总成通过电缆密封接头、观察窗座、密封圈、观察窗玻璃、固定圈等单独进行密封，形成模块，安装在局部罩内，体积较其他一体式传感器小，便于在罩内安装(因为空间尺寸小)和更换(因为单独作为一个模块密封)。4、本发明的跟踪摄像机和半导体线激光器分开设置在两个壳体内，半导体线激光器发出的光照在工件表面形成条纹，条纹位于跟踪摄像机的视场内，被跟踪摄像机拍摄，因此，跟踪摄像机与半导体线激光器构成了结构光焊缝视觉传感器，可以克服焊接时的弧光和飞溅干扰，对焊缝进行跟踪，传感焊缝相对于本发明的位置。5、本发明可以采用矩形局部罩罩体，采用矩形局部罩罩体具有三个优点：1)该局部罩罩体沿着焊缝和垂直焊缝两个方向的尺寸可以单独设置，根据传感器安装要求以及焊接工艺的要求，可以设置局部罩沿焊缝方向尺寸，并根据周围的几何约束及工艺要求设置垂直焊缝方向尺寸，因此具有两个尺寸自由度；2)通过罩体侧壁上开设的矩形窗口，安装传感器总成，传感器安装方便，克服了圆柱形局部罩安装传感器不便的问题。3)传感器的安装面为平面，方便加工。本发明结构设置简单巧妙，操作方便，能够为焊接提供局部的无水环境，因此，可广泛用于水下焊接过程中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明跟踪摄像机总成结构示意图

图3是本发明传感器总成结构示意图

图4是本发明矩形罩体和传感器总成结构示意图

图5是本发明圆形罩体和传感器总成结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一罩体1，罩体1顶部通过连接螺丝2设置有罩盖3，罩盖3下方设置有扰流板4，扰流板4上间隔设置有若干通孔，扰流板4和罩盖3之间形成一个气室，气室内扰流板4的上方设置有一层多孔材料(图中未示出)，可使气室内气体以较低的速度均匀流过扰流板4上的通孔。罩盖3上设置有排水气接头5，用于向气室内通入气体。焊枪6从罩盖3和扰流板4中部穿入罩体1内，焊枪6和罩盖3的连接处设置有密封件7。罩体1内焊枪6的一侧设置有跟踪摄像机总成8，与跟踪摄像机总成8顶部的罩盖3上设置有一电缆密封接头9，与跟踪摄像机总成8位置相对应的罩体1侧壁上开设有矩形窗口，矩形窗口周向通过固定螺丝10连接传感器固定座11，传感器固定座11连接一设置在罩体1外侧的传感器总成12。罩体1底部周向设置有柔性环件，柔性环件包括设置在罩体1底部周向的安装盘13，安装盘13内周向设置有挡圈14，挡圈14的外周向设置有柔性圈15，柔性圈15可以为海绵等多孔性材料。

如图1、图2所示，跟踪摄像机总成8包括防水外壳801，防水外壳801顶端螺钉连接在扰流板4上，防水外壳801顶端与罩盖3上的电缆密封接头9相对应的位置设置有另一电缆密封接头802。防水外壳801内设置有跟踪摄像机803，跟踪摄像机803周向设置有固定环804，固定环804通过固定螺钉805设置在防水外壳801内。跟踪摄像机802下端周向设置有滤光器安装座806，跟踪摄像机802底端通过滤光器安装座806连接滤光器807，在焊接过程中，可以通过滤光器806过滤掉大部分电弧发出的弧光，而让激光通过，以保证跟踪摄像机802采集到的图像质量。防水外壳801底端周向设置有观察窗座808，观察窗座808内设置有观察窗。观察窗包括观察窗玻璃809，观察窗玻璃809通过固定圈810固定在观察窗座808上，观察窗玻璃809上方与观察窗座808之间设置有密封圈811。

如图1、图3所示，传感器总成12包括传感器外壳1201，传感器1201外壳通过上述传感器固定座11设置在罩体1上，传感器外壳1201与传感器固定座11之间设置有密封垫1202，传感器外壳1201与罩体1上的矩形窗口相对应的位置设置有增透玻璃1203，增透玻璃1203与传感器外壳1201之间设置有密封垫1204。传感器外壳1201内底部设置有摄像机安装座1205，摄像机安装座1205上设置有观察摄像机1206，观察摄像机1206上设置有LED照明光源1207，LED照明光源1207用于为观察摄像机1206提供观察用光源。观察摄像机1207上方的摄像机安装座1205通过激光器角度调节臂1208连接半导体线激光器1209。传感器外壳1201上设置有电缆密封接头1210(如图4、图5所示)。

上述跟踪摄像机803和观察摄像机1206分别通过电缆连接控制系统(图中未示出)。与跟踪摄像机803连接的电缆依次穿过防水外壳801顶端的电缆密封接头802和罩盖3上的电缆密封接头9连接控制系统。与观察摄像机1206连接的电缆穿过传感器外壳1201上设置的电缆密封接头1210连接控制系统。

上述跟踪摄像机总成8的跟踪摄像机803和传感器总成12的半导体线激光器1209分开设置在两个壳体内，半导体线激光器1209发出的光照在工件表面形成条纹，条纹位于跟踪摄像机803的视场内(大概在中间)，被跟踪摄像机803拍摄，因此，跟踪摄像机803与半导体线激光器1209构成了结构光焊缝视觉传感器，可以克服焊接时的弧光和飞溅干扰，对焊缝进行跟踪，具有传感焊缝相对于本发明位置的功能。

上述实施例中，如图4所示，本发明的罩体1可以为矩形，传感器总成12通过传感器固定座11与罩体1连接，传感器固定座11的两个连接面都是平面。

上述实施例中，如图5所示，本发明的罩体1也可以为圆柱形，传感器总成12通过传感器固定座11与罩体1连接，传感器固定座11为矩形框状结构，靠近罩体1侧表面为圆柱面，与罩体1密封贴合，传感器固定座11外侧表面有用于安装传感器总成12的平面。

本发明的使用方法：

1)将本发明放入水下的过程中，通过排水气接头5向罩盖3和扰流板4之间的气室内通入气体，气体通过扰流板4后，以较低的速度均匀流出，直至本发明下放到位，气体将罩体1内的水通过罩体1底部的柔性环件排出，为焊接提供局部的无水环境；

2)通过观察摄像机1206和LED照明光源1207观察罩体1内焊枪6和焊缝的位置，遥控调节将罩体1调整到合适的位置；

3)打开传感器总成12壳体内的半导体线激光器1209，半导体线激光器1209发出的光照在焊缝上形成激光图样，通过跟踪摄像机803采集激光图样，计算得到罩体1相对焊缝的位置，通过控制系统对该位置进行闭环控制，从而实现焊缝跟踪的功能。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：它包括一罩体，所述罩体顶部设置有罩盖，所述罩盖下方设置有一具有若干通孔的扰流板，所述罩盖上设置有排水气接头；焊枪穿过所述罩盖和扰流板设置在所述罩体内，所述焊枪与所述罩盖的连接处设置有密封件；所述罩体内设置有跟踪摄像机总成，与所述跟踪摄像机总成位置相对应的所述罩体侧壁上开设有窗口，所述窗口周向通过传感器固定座密封连接一设置在所述罩体外侧的传感器总成；所述传感器总成和跟踪摄像机总成电连接所述罩体外部的控制系统，所述罩体底部周向设置有柔性环件；

所述跟踪摄像机总成包括一顶端连接在所述扰流板上的防水外壳，所述防水外壳顶部和所述罩盖上均设置有一电缆密封接头；所述防水外壳内设置有跟踪摄像机，所述跟踪摄像机底端设置有一滤光器；所述防水外壳底端设置有观察窗；

所述传感器总成包括传感器外壳，所述传感器外壳上、与所述罩体上的窗口相对应的位置密封设置有增透玻璃，所述传感器外壳内底部设置有摄像机安装座，所述摄像机安装座上设置有观察摄像机，所述观察摄像机上设置有LED照明光源，所述观察摄像机上方的所述摄像机安装座上设置有角度调节臂，所述角度调节臂上设置有半导体线激光器，所述传感器外壳上设置有电缆密封接头；所述传感器总成中的所述半导体线激光器与所述跟踪摄像机总成中的跟踪摄像机构成结构光焊缝视觉传感器。

2.如权利要求1所述的一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：所述柔性环件包括设置在所述罩体底部周向的安装盘，所述安装盘内周向设置有挡圈，所述挡圈的外周向设置有柔性圈，所述柔性圈为多孔性材料。

3.如权利要求1或2所述的一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：所述罩体呈矩形。

4.如权利要求1或2所述的一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：所述扰流板与所述罩盖之间形成一个气室，所述气室内所述扰流板的上方设置有一层多孔材料。

5.如权利要求3所述的一种具有焊缝跟踪功能的水下焊接用局部罩，其特征在于：所述扰流板与所述罩盖之间形成一个气室，所述气室内所述扰流板的上方设置有一层多孔材料。