CN105834550A - 一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置及其使用方法。该装置包括可观测水箱、排水导光通路、可移动工作台架、电弧割炬、高速相机、背景光源、高速摄像光路角度调节装置。切割时，可移动工作台架带动其上被切割工件运动，其余部分相对位置不变。背景光源发出的高亮度平行光依次通过排水导光通路、水、可移动工作台架、工件割口、电弧区域、排水导光通路进入高速相机，实现对切割过程的观测。本发明解决了水下熔化极电弧切割电弧时常没入工件表面以下致使对切割过程观测困难的难题，实现了对水下熔化极电弧切割过程的观测，有助于研究该方法切割机理，提高该方法切割质量。

Description

一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置及其使用方法
技术领域
本发明属于热切割领域，具体涉及一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测方法及装置。
背景技术
熔化极电弧切割作为一种高效、低成本的切割方式在水下作业中有良好的应用前景。熔化极电弧切割过程伴随着熔滴过渡，割口和电弧形态随时变化。对该过程进行观测和分析进而进行控制对提高切割过程稳定性和实现自动切割具有重要意义。但熔化极电弧切割过程中电弧时常进入工件内部，通常的观测方法对观测切割过程中电弧及割口区域无能为力。各种熔化极电弧切割目前在生产中主要为半自动切割方式作业，针对切割过程的传感研究目前未见报道。
申请号为201410220889.4和201410536060.5的已公开专利介绍了两种水下湿式焊接观测装置及方法。不过由于焊接时电弧位于工件上方，而熔化极电弧切割时电弧经常伸入工件内部，所以上述用于水下焊接的专利无法用于水下电弧切割过程的观测。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置及其使用方法。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，包括背景光源1、排水导光通路Ⅰ2，排水导光通路Ⅱ3、可观测水箱4、可移动工作台架5、电弧割炬6、高速相机9与角度调节装置；所述排水导光通路Ⅰ2设置在所述可观测水箱4的底角处，所述排水导光通路Ⅱ3设置于与排水导光通路Ⅰ2所处底角相对的顶角处；所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3向着电弧7切割区域的方向斜向延升一段距离；所述排水导光通路Ⅰ2的伸出可观测水箱4的一端设有所述背景光源1，所述排水导光通路Ⅱ3的伸出可观测水箱4的一端设有所述高速相机9，背景光源1与高速相机9的安装位置可互为对调，所述背景光源1与所述高速相机9处于同一直线上；所述可移动工作台架5、电弧割炬6置于可观测水箱内部，所述可移动工作台架包括连接长杆与马蹄形板，所述连接长杆一端连接驱动器，其另一端与马蹄形板连接，所述马蹄形板上安放有工件8，所述可移动工作台架带动工件8移动从而进行位置调节；所述可观测水箱4固定安装在所述角度调节装置上。
进一步地，所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3可为实心透明材质或者一端密封的空心管，并且该密封端为透明密封端。
进一步地，所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3的端面距离为30-150mm。
进一步地，所述角度调节装置的角度调节范围为30°～80°。
进一步地，所述高速相机9配有减光片和滤光片，以减少弧光影响，获得清晰的图像。
进一步地，所述角度调节装置包括水箱安置台14、支座15、圆弧通槽16、半圆形的角度调节板17；所述可观测水箱4安装固定于水箱安置台14，所述水箱安置台14固定安装于所述半圆形的角度调节板17上，所述半圆形的角度调节板17通过旋转轴12转动安装在所述支座15上，所述旋转轴12与可观测水箱4的底面平行；所述半圆形的角度调节板17的侧面开有一定弧度的圆弧通槽16，所述支座15与所述圆弧通槽16相应的部位设有螺纹孔，所述圆弧通槽16上插有锁紧螺栓13，所述锁紧螺栓13的螺纹端旋紧在所述支座15上的螺纹孔内，从而实现半圆形的角度调节板位置的固定。
进一步地，所述角度调节装置为旋转台10，所述可观测水箱4固定安装在所述旋转台10上，所述旋转台10带动所述可观测水箱4旋转。
进一步地，还包括一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置的使用方法，包括如下步骤，
S1.将工件8放在可移动工作台5架上并固定；
S2.通过角度调节装置与半圆形的角度调节板17调节高速相机9、背景光源1、排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3所形成高速摄像光路的倾斜角度；；
S3.调整电弧割炬6和可移动工作台5的位置，使高速摄像光路在电弧割炬6切割时能顺利通过工件割口电弧7区域；
S4.观察高速相机9获得的图像，调节减光片、滤光片、光圈、焦距等参数以获取清晰、亮度适中的图像；
S5.将可观测水箱加满水，启动高速相机9，打开切割电源并开始切割；可移动工作台架5带动工件8移动，割口连续形成，通过高速相机9实现对割口及电弧7区域的观测。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.排水导光通路可减少高速摄像光路上介质为水部分长度，减少水对高速摄像的不利影响，受作业环境的影响小。2.适用于多种水下熔化极切割方式；3.高速相机配有减光片和滤光片，能够减少弧光影响，采集图像频率高，图像清晰。4.装置可靠性高，操作安全方便；可克服割丝伸入工件内部所带来的观察困难
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的原理示意图。
图2是本发明的观测水箱结构示意图。
图3是本发明的整体结构示意图。
图中的标号是：1.背景光源；2.排水导光通路Ⅰ；3.排水导光通路Ⅱ；4.可观测水箱；5.可移动工作台架；6.电弧割炬；7.电弧；8.工件；9.高速相机；10.旋转台；11.透明密封盖；12.旋转轴；13.锁紧螺栓；14.水箱安置台；15.支座；16.圆弧通槽；17.半圆形的角度调节板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
如图1-2所示，一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，包括背景光源1、排水导光通路Ⅰ2，排水导光通路Ⅱ3、可观测水箱4、可移动工作台架5、电弧割炬6、高速相机9与角度调节装置。所述排水导光通路Ⅰ2设置在所述可观测水箱4的底角处，所述排水导光通路Ⅱ3设置于与排水导光通路Ⅰ2所处底角相对的顶角处。所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3向着电弧7切割区域的方向斜向延升一段距离。所述排水导光通路Ⅰ2的伸出可观测水箱4的一端设有所述背景光源1，所述排水导光通路Ⅱ3的伸出可观测水箱4的一端设有所述高速相机9，背景光源1与高速相机9的安装位置可互为对调，所述背景光源1与所述高速相机9处于同一直线上。所述可移动工作台架5、电弧割炬6置于可观测水箱内部，所述可移动工作台架包括连接长杆与马蹄形板，所述连接长杆一端连接驱动器，其另一端与马蹄形板连接，所述马蹄形板上安放有工件8，所述可移动工作台架带动工件8移动从而进行位置调节，在切割时可让背景光源1通过所述可移动工作台架5底部的镂空部分。所述可观测水箱4固定安装在所述角度调节装置上。
如图1所示，高速相机9、背景光源10与排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3所成高速摄像光路通过工件割口并与工件呈一定角度，高速摄像光路与工件交点在电弧7处。切割时，可移动工作台架带动其上被切割工件运动，其余部分相对位置不变。背景光源发出的高亮度平行光依次通过排水导光通路Ⅰ2、水、可移动工作台架5、工件割口、电弧区域与排水导光通路Ⅱ3进入高速相机，实现对切割过程的观测。
所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3可为实心透明材质或者一端密封的空心管，并且该密封端为透明密封端。所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3的材质优选为透明玻璃。其作用是减少高速摄像光路上介质为水部分长度，减少水对高速摄像的不利影响。
所述排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3的端面距离取决于切割工艺及观测角度，优选为30-150mm。所述高速相机9配有减光片和滤光片，以减少弧光影响，获得清晰的图像。
实施例2
所述角度调节装置为旋转台10，所述可观测水箱4固定在所述旋转台10上。所述旋转台10带动所述可观测水箱4旋转，所述旋转台10的旋转轴平行于所述可观测水箱4的底部平面。通过观测旋转台10能够调节高速相机9、背景光源1、排水导光通路Ⅰ2、排水导光通路Ⅱ3所形成高速摄像光路与工件之间的观测角度，并且该观测角度的调节范围为30°～80°。
实施例3
所述角度调节装置包括水箱安置台14、支座15、圆弧通槽16、半圆形的角度调节板17。所述可观测水箱4安装固定于水箱安置台14，水箱安置台14固定安装在所述半圆形的角度调节板17上，所述角度调节板17通过旋转轴12转动安装在所述支座15上，所述旋转轴12与可观测水箱4的底面平行。所述半圆形的角度调节板17的侧面开有一定弧度的圆弧通槽16，所述支座15与所述通槽16相应的部位设有螺纹孔，所述圆弧通槽16上插有锁紧螺栓13，所述锁紧螺栓13的螺纹端旋紧在所述支座15上的螺纹孔内，从而实现半圆形的角度调节板位置的固定。通过所述角度调节装置能够调节高速相机9、背景光源1、排水导光通路Ⅰ2、排水导光通路Ⅱ3与工件之间的观测角度，并且该观测角度的调节范围为30°～80°。
一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置的使用方法，包括如下步骤，
S1.将工件8放在可移动工作台5的台架上并固定。
S2.通过角度调节装置与半圆形的角度调节板17调节高速相机9、背景光源1、排水导光通路Ⅰ2与排水导光通路Ⅱ3所形成高速摄像光路的倾斜角度；
S3.调整电弧割炬6和可移动工作台5的位置，使高速摄像光路在电弧割炬6切割时能顺利通过工件割口电弧区域。
S4.观察相机获得的图像，调节减光片、滤光片、光圈、焦距等参数以获取清晰、亮度适中的图像。
S5.将可观测水箱加满水，启动高速摄像，打开切割电源并开始切割；可移动工作台架带动工件移动，割口连续形成，通过高速相机实现对割口及电弧区域的观测。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，包括背景光源(1)、排水导光通路Ⅰ(2)，排水导光通路Ⅱ(3)、可观测水箱(4)、可移动工作台架(5)、电弧割炬(6)、高速相机(9)与角度调节装置；所述排水导光通路Ⅰ(2)设置在所述可观测水箱(4)的底角处，所述排水导光通路Ⅱ(3)设置于与排水导光通路Ⅰ(2)所处底角相对的顶角处；所述排水导光通路Ⅰ(2)与排水导光通路Ⅱ(3)向着电弧(7)切割区域的方向斜向延升一段距离；所述排水导光通路Ⅰ(2)的伸出可观测水箱(4)的一端设有所述背景光源(1)，所述排水导光通路Ⅱ(3)的伸出可观测水箱(4)的一端设有所述高速相机(9)，所述背景光源(1)与所述高速相机(9)处于同一直线上，且安装位置可互为对调；所述可移动工作台架(5)、电弧割炬(6)置于可观测水箱内部，所述可移动工作台架包括连接长杆与马蹄形板，所述连接长杆一端连接驱动器，其另一端与马蹄形板连接，所述马蹄形板上安放有工件(8)，所述可移动工作台架带动工件(8)移动从而进行位置调节；所述可观测水箱(4)固定安装于所述角度调节装置。
2.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，所述排水导光通路Ⅰ(2)与排水导光通路Ⅱ(3)可为实心透明材质或者一端密封的空心管，并且该密封端为透明密封端。
3.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，所述排水导光通路Ⅰ(2)与排水导光通路Ⅱ(3)的端面距离为30-150mm。
4.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测方法及装置，其特征在于，所述角度调节装置的角度调节范围为30°～80°。
5.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，所述高速相机(9)配有减光片和滤光片，以减少弧光影响，获得清晰的图像。
6.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，所述角度调节装置包括水箱安置台(14)、支座(15)、圆弧通槽(16)、半圆形的角度调节板(17)；所述可观测水箱(4)安装固定于水箱安置台(14)，所述水箱安置台(14)固定安装在所述半圆形的角度调节板(17)上，所述半圆形的角度调节板(17)通过旋转轴(12)转动安装在所述支座(15)上，所述旋转轴(12)与可观测水箱(4)的底面平行；所述半圆形的角度调节板(17)的侧面开有一定弧度的圆弧通槽(16)，所述支座(15)与所述圆弧通槽(16)相应的部位设有螺纹孔，所述圆弧通槽(16)上插有锁紧螺栓(13)，所述锁紧螺栓(13)的螺纹端旋紧在所述支座(15)上的螺纹孔内，从而实现半圆形的角度调节板位置的固定。
7.根据权利要求1所述一种水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置，其特征在于，所述可观测水箱(4)通过角度调节装置固定在水箱安置台(14)，所述角度调节装置为旋转台(10)，所述可观测水箱(4)固定安装在所述旋转台(10)上，所述旋转台(10)带动所述可观测水箱(4)旋转。
8.一种如权利要求1-6中任一项所述的水下熔化极电弧切割高速摄像观测装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1.将工件(8)放在可移动工作台(5)的台架上并固定；
S2.通过角度调节装置与半圆形的角度调节板(17)调节高速相机(9)、背景光源(1)、排水导光通路Ⅰ(2)与排水导光通路Ⅱ(3)所形成高速摄像光路的倾斜角度；
S3.调整电弧割炬(6)和可移动工作台(5)的位置，使高速摄像光路在电弧割炬(6)切割时能顺利通过工件割口电弧区域；
S4.观察高速相机(9)获得的图像，调节减光片、滤光片、光圈、焦距等参数以获取清晰、亮度适中的图像；
S5.将可观测水箱加满水，启动高速相机(9)，打开切割电源并开始切割；可移动工作台架(5)带动工件(8)移动，割口连续形成，通过高速相机(9)实现对割口及电弧区域的观测。
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