CN102554422A

CN102554422A - 一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪

Info

Publication number: CN102554422A
Application number: CN2012100301809A
Authority: CN
Inventors: 陈希章; 于杰
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及焊枪，特指一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，其包括：焊枪外壳、摄像机、滤光系统、冷却和保护系统和钨极调节系统；在焊枪外壳内部上端安装一个摄像机，摄像机的中心与钨极同轴，且位于钨极的正上方，焊枪外壳内部中间有滤光系统，固定在焊枪外壳内，冷却和保护系统安装于绝缘外壳内部，其内部端与钨极调节系统相连，外部伸出端由绝缘筒保护与外界相隔离。本发明可以同轴同步监测焊缝的质量；而且新型焊枪还可更方便、灵活的调节钨极的伸出量，而不用拆下喷嘴；同时其冷却面积有了很大的提高，保护气可以通过气孔从钨极的两侧吹过，更好的保护了焊接电弧，使电弧更稳定，焊接的质量更好。

Description

一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪

技术领域

本发明涉及焊枪，特指一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，在钨极氩弧自动焊焊枪内部装有与焊接电极同轴微型摄像系统，用以同步监测焊接过程中焊缝的质量，一种拥有新型结构的氩弧焊焊枪，独立于焊接电源，具有优秀的通用性，可以用于各种不同的焊弧设备上，属于焊接设备及工艺领域。

背景技术

焊接作为一门制造技术广泛应用于各个行业，焊接接头一般经验上是构件的薄弱部位，因此焊接质量很大程度上决定了产品的质量和合格率，所以在焊枪上安装监测和跟踪控制装置是提高焊接质量的重要举措。其中视觉传感技术因为具有信息量大、直观的特点得到较多的应用。目前视觉技术主要用于焊接过程的监控、焊缝跟踪、焊接质量控制等领域，目前带有视觉功能的自动焊焊接领域已有技术中，如申请号为200920103489.X公开号为CN201467363V的“焊接监控装置”—用具有可控镜头的摄像机来监控焊缝及其周围区域状况、用以提供焊缝准确定位信息，实现了焊接作业区域的可视化，提高了产品的焊接质量。申请号为201110029924.0发明了一种“多功能弧焊视觉监视装置和监视方法”，这些装置和技术的共同特点是将一套视觉系统置于生产线或者机器人等焊接装备外部，以设计的角度或者方法用以监控焊接过程。从结构上来说，因为摄像机外置，专门设置安装结构，从而导致体积过于庞大，占用太多的空间，不够紧凑，容易与工作环境造成干涉甚至碰撞，影响焊枪的可达性；同时由于该种视觉结构与实际焊接熔池成一定的角度，对提取的焊接过程信息精度受到影响，甚至要专门开发提取焊接中心的算法，使得过程复杂精度降低，如申请号为200810151197.3的国家发明专利发明了一种基于计算机视觉识别焊点中心位置的方法，专门用于焊接中心位置的提取，降低了系统的鲁棒性。同时目前焊枪的设计过于单调，不仅在钨极调节方面不够灵活，而且不能取得最好的冷却降温的和气体保护效果。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述结构的不足和缺陷，设计了一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪设备，使钨极与摄像机同轴，不但可以同步监测焊缝的质量，而且还使结构更加紧凑。同时，优化了焊枪的结构，使钨极调节更方便以及冷却降温和气体保护的效果更好。

本发明是通过以下方案实现的，本发明包括：焊枪外壳、摄像机、滤光系统、冷却和保护系统和钨极调节系统；在圆柱形的焊枪外壳内部上端安装一个摄像机，摄像机的中心与钨极同轴，且位于钨极的正上方，焊枪外壳内部中间有滤光系统，通过螺钉固定在焊枪外壳内，冷却和保护系统安装于绝缘外壳内部，其内部端与钨极调节系统相连，外部伸出端由绝缘筒保护与外界相隔离，这样使结构更紧凑，调节更方便。

滤光系统由与焊枪外壳相固定的链接件、滤光片和夹紧垫片组成；滤光系统安装在焊枪外壳内，位于摄像机与钨极调节系统之间；滤光片通过夹紧垫片安装在连接件上方；设置专门的滤光片，以获得最优的焊接区域图象，该滤光片可以根据焊接材料的不同自行进行更换，所设计机构保证了滤光片的方便快捷的更换。

摄像机通过图像卡外接控制器或者计算机，用以监控焊缝的质量，并反馈给计算机，来控制焊接过程。

钨极调节系统安装在焊枪外壳内部下端，包括可动部分、弹簧和钨极调节杆；可动部分的前端呈圆柱形，其上设有弹簧并固定在不动部分的安装孔内，可动部分的中间段开孔套在钨极调节杆上，钨极调节杆安装在焊枪外壳上，可动部分的后端前部设有与钨极直径相配合的半圆柱形套筒，卡在钨极上，通过弹簧压力用来卡紧钨极。

冷却和保护系统安装在绝缘外壳内并固定在焊枪外壳内部下端，位于钨极调节系统一侧，包括冷却水室、保护气室、不动部分、进水管、出水管、气管和挡板；保护气室和冷却水室与不动部分设计成一个整体位于绝缘外壳内，不动部分前端设有套环套住钨极，保护气室面向焊枪外壳的侧壁开气孔，保护气室的上端设有气管，冷却水室内设有挡板将冷却水室分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管，出水部分上端设有出水管；进水管、出水管和气管位于绝缘筒内，起到隔热和保护的作用；绝缘外壳避免冷却和保护系统与焊枪外壳直接接触，起到保护作用。

本发明在已有的带监控装置焊枪的基础上，改进了焊枪的结构，并优化了监控装置的空间位置，使其与焊枪结合更紧凑，并可以同轴同步监测焊缝的质量；而且新型焊枪还可更方便、灵活的调节钨极的伸出量，而不用拆下喷嘴；同时其冷却面积有了很大的提高，保护气可以通过气孔从钨极的两侧吹过，更好的保护了焊接电弧，使电弧更稳定，焊接的质量更好。

附图说明

图1是一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪的剖面示意图；

图2是一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪结构图；

图3是钨极固定架及冷却和保护系统整体结构图；

图4是气室、冷却水室的剖面示意图

图5是固定架可动部分结构示意图；

图6是钨极调节杆的结构示意图；

图7是焊枪内部装配剖面示意图；

图8是焊枪内部装配结构俯视图；

图9是焊枪内部装配结构主视图；

图10是将焊枪外壳分为上下壳体的同轴一体化焊枪的剖面示意图；

附图中：1-钨极；2-喷嘴；3-绝缘外壳；4-档板；5-冷却和保护系统；6-气孔；7-冷却水室；8-气室；9-可动部分；10-弹簧；11-钨极调节杆；12-钨极调节系统；13-不动部分；14-连接件；15-滤光片；16-夹紧垫片；17-滤光系统；18-进水管；19-气管；20-出水管；21-绝缘筒；22-焊枪外壳；23-后盖；24-摄像机；25-螺钉；26-可动部分的圆柱形前端；27-可动部分的中间段；28-可动部分的后端；29-半圆柱套筒；30-套环；31-钨极调节杆的前端；32-钨极调节杆的中间段；33-钨极调节杆的后端；34-焊枪外壳上壳体；35-焊枪外壳下壳体。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明包括：焊枪外壳22、摄像机24、滤光系统17、冷却和保护系统5和钨极调节系统12。在圆柱形的焊枪外壳22内部上端安装一个摄像机24，其中心与钨极1同轴，且位于钨极1的正上方，中间有滤光系统17，通过螺钉固定在焊枪外壳22上，冷却和保护系统5安装于绝缘外壳3内部，其内部一端与钨极调节系统12相连，外部伸出端由绝缘筒21保护且与外界相隔离。

滤光系统17由通过螺钉25固定在焊枪外壳22内的链接件14、安装在其上的滤光片15和夹紧垫片16组成；滤光系统17安装在焊枪外壳22内，位于摄像机24与钨极调节系统12之间；滤光片15通过夹紧垫片16安装在连接件14上方；设置专门的滤光片15，以获得最优的焊接区域图象。该滤光片15可以根据焊接材料的不同自行进行更换，所设计机构保证了滤光片15的方便快捷的更换。

摄像机24通过图像卡外接控制器或者计算机，用以监控焊缝的质量，并反馈给计算机，来控制焊接过程。

钨极调节系统12包括可动部分9、弹簧10和钨极调节杆11；可动部分的前端26呈圆柱形，其上设有弹簧10并固定在不动部分13的安装孔内，可动部分的中间段27开孔套在钨极调节杆11上，钨极调节杆11固定在焊枪外壳22上，可动部分的后端28前部设有与钨极1直径相配合的半圆柱形套筒29，卡在钨极1上，通过弹簧10压力用来夹紧钨极1。

冷却和保护系统5安装在绝缘外壳3内并固定在焊枪外壳22内部下端，位于钨极调节系统12一侧，它包括冷却水室7、保护气室8、不动部分13、进水管18、出水管20、气管19和挡板4；保护气室8和冷却水室7与不动部分13设计成一个整体位于绝缘外壳3内，不动部分13前端设有套环30套住钨极1，保护气室8面向焊枪外壳22的侧壁开气孔6，保护气室8的上端设有气管19，冷却水室7内设有挡板4将冷却水室7分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管18，出水部分上端设有出水管20；进水管18、出水管20和气管19位于绝缘筒21内，起到隔热和保护的作用；绝缘外壳3避免冷却和保护系统5与焊枪外壳22直接接触，起到保护作用。

具体的操作过程如下：

第一步，在焊枪外壳22的壳体内部下端一侧安装绝缘外壳3，然后将冷却和保护系统5安装在绝缘外壳3的内部，其前端的不动部分13与绝缘外壳3配合定位，将不动部分13前端的套环30内套住钨极1，可动部分的后端28的半圆柱形套筒29卡在钨极1上，通过弹簧10和不动部分13前端的套环对钨极1的压力来夹紧钨极1。

第二步，将连接件14安装在焊枪外壳22的壳体内部中端，外部并用螺钉25固定在焊枪外壳22上，然后在连接件14内部安装滤光片15，其上用夹紧垫片16进行固定。

第三步，在焊枪外壳22的壳体内部上端安装同轴摄像机24，并盖上后盖23。

第四步，将出水管20、进水管18和气管19分别安装到相应的冷却和保护系统5的冷却水室7和气室8上，然后在其外侧安装绝缘筒21。

第五步，在焊枪外壳22的下壳体上安装喷嘴2，然后将焊枪体固定到自动焊接设备上。

第六步，钨极调节杆的前端31与可动部分的中间段27圆孔相配合，而调节杆的中间段32与焊枪外壳22上的孔相配合，通过旋转钨极调节杆的后端33，压缩与可动部分的前端26相配合的弹簧10，此时钨极1被松开，调整钨极1合适的伸出喷嘴2的长度，再旋转钨极调节杆的后端33，张紧弹簧10，从而调节钨极1的伸出量。

第七步，开始进行焊接，根据所给产品焊缝的要求，通过同轴摄像机24监控焊接过程中的焊缝质量，最后完成焊接。

为了便于安装，可将焊枪外壳22分为上下壳体，先将滤光系统17和冷却和保护系统5安装在焊枪外壳下壳体35内，再将摄像机24安装在焊枪外壳上壳体34内，再将焊枪外壳上壳体34固定在滤光系统17的链接件14上。

本实施例中，焊枪、焊接用钨极等具体尺寸可以根据焊接工艺所需电源功率进行更换，不受具体尺寸形式限制。

Claims

1.一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，其特征在于：所述焊枪包括焊枪外壳、摄像机、滤光系统、冷却和保护系统和钨极调节系统；在圆柱形的焊枪外壳内部上端安装一个摄像机，摄像机的中心与钨极同轴，且位于钨极的正上方；滤光系统安装在焊枪外壳内，位于摄像机与钨极调节系统之间；钨极调节系统安装在焊枪外壳内部下端，包括可动部分、弹簧和钨极调节杆；可动部分的前端呈圆柱形，其上设有弹簧并固定在不动部分的安装孔内，可动部分的中间段开孔套在钨极调节杆上，钨极调节杆安装在焊枪外壳上，可动部分的后端前部设有与钨极直径相配合的半圆柱形套筒，卡在钨极上，通过弹簧压力用来卡紧钨极；冷却和保护系统安装在绝缘外壳内并固定在焊枪外壳内部下端，位于钨极调节系统一侧，包括冷却水室、保护气室、不动部分、进水管、出水管、气管和挡板；保护气室和冷却水室与不动部分设计成一个整体位于绝缘外壳内，不动部分前端设有套环套住钨极，保护气室面向焊枪外壳的侧壁开气孔，保护气室的上端设有气管，冷却水室内设有挡板将冷却水室分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管，出水部分上端设有出水管；进水管、出水管和气管位于绝缘筒内。

2.如权利要求1所述的一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，其特征在于：所述摄像机通过图像卡外接控制器或者计算机，用以监控焊缝的质量，并反馈给计算机，来控制焊接过程。

3.如权利要求1所述的一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，其特征在于：滤光系统由与焊枪外壳相固定的链接件、滤光片和夹紧垫片组成；滤光片通过夹紧垫片安装在连接件上方。

4.如权利要求1所述的一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪，其特征在于：所述焊枪为钨极氩弧自动焊焊枪。