CN108834295B - 一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置 - Google Patents

Abstract

一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，属于焊接技术领域。本发明装置包括发光元素选择系统和多重成像系统，通过改变吸收式滤光片的中心波长实现不同发光元素的选择，通过改变两片反射式衰减片的透光率、夹角位置及大小实现对多重图像位置、间距及发光亮度的控制。所述的装置连接在相机的镜头上，通过相机实现图像观察。这种观察装置的优点在于可以在同一个画面中呈现出等离子体中不同元素的不同发光区域图像，图像清晰度高，图像间距及位置可控，观察元素可控，且不影响图像反映内容的真实性；由于大幅度的降低了同步观察多重图像装置的复杂性，使得观察装置更轻便简洁。

Description

一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置

技术领域

本发明涉及一种等离子体观察装置，属于激光材料加工技术领域，尤其涉及一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置。

背景技术

等离子体是激光制造、电弧制造和激光-电弧复合制造中固有的物理现象。等离子体的特性与制造过程息息相关。揭示等离子体不同发光区域的形态和影响因素、及等离子体中不同元素的不同发光区域的形态和影响因素，对理解等离子体的特性行为及优化焊接工艺具有重要意义。

研究表明等离子体主要是由不同元素的发光及热辐射组成。现有的观察等离子体的手段只能获得到单一的图像，且对于同一制造过程的多个图像的观察很难做到同步。本装置在原有的高速摄像镜头前加入吸收式滤波片来选择观察的元素，在滤波片后加入两片反射式衰减片，并根据所需对衰减片透光率、位置和夹角大小进行调整，在几乎不影响图像真实程度的情况下，通过降低输入光强，并在两片衰减片之间的反射现象来实现对不同发光元素的不同光强区域的形态进行同步观察。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体中不同元素发光多重成像的同步观察装置，适用于金属元素和非金属元素等离子体发光的观察。

一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，其特征在于，包括发光元素选择系统和多重成像系统，发光元素选择系统包括滤光片，多重成像系统包括两片反射式衰减片，两片反射式衰减片夹角变化范围在1°～20°之间；从等离子体发出的光线经过滤光片以后，选择观察的波段将进入两片反射式衰减片间，光在在两片反射式衰减片之间进行多次反射和透射，通过围绕中心轴线旋转装置来实现夹角位置的变化，实现多重图像位置的控制。经过该多重成像系统透射的光被相机记录。通过改变滤光片的中心波长实现不同发光元素的选择，通过改变两片衰减片的夹角位置及角度大小实现对多重图像位置及间距的控制。

所述的衰减片为反射式衰减片，透光率在1％～99％间；滤光片为吸收式滤光片，滤光波长带宽为小于10nm的窄带或者为200nm～1000nm之间，选择波段的透光率大于50％。

一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，其特征在于包括：镜筒1，凸台2，固定螺纹3，第一镜架4，第二镜架5，角度调整螺丝6，第一固定轴7，第二固定轴8，旋转轴9，镜头接口10；其中吸收式滤光片放置在镜筒1的凸台2上然后将固定环11沿固定螺纹3旋转安装在镜筒内部使其压紧滤光片，将一片反射式衰减片放置在第一镜架4上，然后将第一镜架4插入镜筒1的第一开口12上，将另一片反射式衰减片放置在第二镜架5上，将第二镜架5插入镜筒1的第二开口13上，然后装入旋转轴9将第二镜架5固定在镜筒1上使其只能围绕旋转轴9运动。

吸收式衰减片与反射式滤光片同心安装，第二镜架的上下两部分将弹簧固定在第一固定轴7与第二固定轴8之间实现连接。第二镜架的左侧使用旋转轴9将其固定在镜筒1上。

在第二镜架上通过转动角度调整螺丝6来使第二镜架围绕旋转轴9进行转动，第二镜架旋转过程中第一镜架始终保持固定，通过改变第二镜架与水平方向的夹角来改变两片反射式衰减片间的夹角，以此实现光线的入射角与反射角发生变化，实现了多重图像间距的控制。

所使用的所有镜片直径都为50mm的标准镜片，镜头接口10尺寸与高速摄像镜头接口尺寸一致。

多重图像位置的变化由两片反射式衰减片的夹角位置变化引起，从光源发出的光线经过衰减片时会在两片衰减片之间进行多次反射，通过围绕中心轴线旋转装置来实现夹角位置的变化，实现多重图像位置的控制。

多重图像间距的变化由两片反射式衰减片的夹角大小引起，从光源发出的光线经过衰减片时会在两片衰减片之间进行多次反射，在第二镜架上通过转动角度调整螺丝6来使第二镜架围绕旋转轴9进行转动，第二镜架旋转过程中镜架1始终保持固定，通过改变第二镜架与水平方向的夹角来改变两片反射式衰减片间的夹角，为使第二镜架能够在镜筒内旋转，第二镜架扣紧旋转轴一侧的上下棱角进行导角，以此实现光线的入射角与反射角发生变化，实现了多重图像间距的控制。

与现有技术相比本发明具有如下有益效果：使用本装置观察时，可以的到同一发光元素不同发光区域的图像，可以对元素进行选择性过滤，且可以对多重图像的位置及间距进行调整。

附图说明

图1为不同元素发光的多重成像同步观察装置图；

图2为不同元素发光的多重成像同步观察装置剖视图；

图3为不同元素发光的多重成像同步观察装置爆炸图；

图4为不同元素发光的多重成像同步观察装置镜筒图；

图5为不同元素发光的多重成像同步观察装置镜筒剖视图；

图6为不同元素发光的多重成像同步观察装置第一镜架图；

图7为不同元素发光的多重成像同步观察装置第二镜架图；

图8为第二镜架旋转示意图；

图9为多重成像光路原理图；

图10为实际观察效果图。

图中，1.镜筒，2.凸台，3.固定螺纹，4.第一镜架，5.第二镜架，6.角度调整螺丝，7.第一固定轴，8.第二固定轴，9.旋转轴，10.镜头接口，11.固定环，12.第一开口，13.第二开口

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

本发明的具体技术方案如图1-10所示，包括发光元素的选取系统和多重图像的控制系统。其中镜筒最前方安装保护镜防止镜片被焊接过程的飞溅污染，在保护镜后方安装吸收式窄带滤波片来选择需要观察的发光元素，在滤波片后放安装两片反射式衰减片，通过光线在两镜片之间的多次反射实现多重成像，并在两片衰减片之间安装角度调整装置，来实现角度的变化。实际观察获得的等离子体图像如图6所示。

本发明的有益效果是，使用本装置观察时，可以的到同一发光元素的多重图像，可以对元素进行选择性过滤，且可以对多重图像的位置及间距进行调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，其特征在于，包括发光元素选择系统和多重成像系统，发光元素选择系统包括滤光片，多重成像系统包括两片反射式衰减片，两片反射式衰减片夹角变化范围在1°~20°之间；从等离子体发出的光线经过滤光片以后，选择观察的波段将进入两片反射式衰减片间，光在两片反射式衰减片之间进行多次反射和透射；所述的衰减片为反射式衰减片，透光率在1%~99%间；滤光片为吸收式滤光片，滤光波长带宽为小于10 nm的窄带或者为200 nm~1000 nm之间，选择波段的透光率大于50%；

该多重成像同步观察装置还包括：镜筒（1），凸台（2），固定螺纹（3），第一镜架（4），第二镜架（5），角度调整螺丝（6），第一固定轴（7），第二固定轴（8），旋转轴（9），镜头接口（10）；其中吸收式滤光片放置在镜筒（1）的凸台（2）上然后将固定环（11）沿固定螺纹（3）旋转安装在镜筒内部使其压紧滤光片，将一片反射式衰减片放置在第一镜架（4）上，然后将第一镜架（4）插入镜筒（1）的第一开口（12）上，将另一片反射式衰减片放置在第二镜架（5）上，将第二镜架（5）插入镜筒（1）的第二开口（13）上，然后装入旋转轴（9）将第二镜架（5）固定在镜筒（1）上使其只能围绕旋转轴（9）运动；

反射式衰减片和吸收式滤光片同心安装，第二镜架的上下两部分将弹簧固定在第一固定轴（7）与第二固定轴（8）之间实现连接；第二镜架的左侧使用旋转轴（9）将其固定在镜筒（1）上；

在第二镜架上通过转动角度调整螺丝（6）来使第二镜架围绕旋转轴（9）进行转动，第二镜架旋转过程中第一镜架始终保持固定，通过改变第二镜架与水平方向的夹角来改变两片反射式衰减片间的夹角，以此实现光线的入射角与反射角发生变化，实现了多重图像间距的控制；经过该多重成像系统透射的光被相机记录；通过改变滤光片的中心波长实现不同发光元素的选择，通过改变两片衰减片的夹角位置及角度大小实现对多重图像位置及间距的控制。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，其特征在于：为使第二镜架能够在镜筒内旋转，第二镜架扣紧旋转轴一侧的上下棱角进行导角。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体中不同元素发光的多重成像同步观察装置，其特征在于：所使用的所有镜片直径都为50mm的标准镜片，镜头接口（10）尺寸与高速摄像镜头接口尺寸一致。

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