CN109014499A - 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置 - Google Patents

一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109014499A
CN109014499A CN201811116805.7A CN201811116805A CN109014499A CN 109014499 A CN109014499 A CN 109014499A CN 201811116805 A CN201811116805 A CN 201811116805A CN 109014499 A CN109014499 A CN 109014499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
arc
spatial information
probe
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811116805.7A
Other languages
English (en)
Inventor
杨明轩
齐铂金
郑浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201811116805.7A priority Critical patent/CN109014499A/zh
Publication of CN109014499A publication Critical patent/CN109014499A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters

Abstract

本发明公开的一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置，基于小孔成像理论，经过小孔形成倒立放大的实像，二维移动装置精密控制的光谱仪探头在放大的实像空域内进行实时采集，得到电弧空域内不同位置、不同波长特征谱线的焊接电弧光谱空域信息，用来进行电弧空域内粒子种类与分布分析等电弧物理信息诊断。本发明能够在焊接过程中，精确、实时测量焊接电弧空域内光谱信息。

Description

一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置
技术领域
本发明涉及焊接电弧光谱信息测量技术领域，特别涉及一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置。
背景技术
焊接过程中，为了得到满意的焊接接头，保证焊件的连接质量，焊接电弧物理分析一直是众多学者研究的方向，其中电弧光谱空域信息包含了大量的电弧物理信息，所以对光谱空域信息的测量亦是重要一环，而目前常用的电弧空域测量方法有：凸透镜后的光屏呈接法。此方法的电弧光谱信息采集方法为，搭建光路使电弧弧光经过凸透镜成放大的实像，然后用光屏去接收并呈现这个放大的实像，在光屏上开洞，后接光谱仪采集探头，这样就完成了对电弧光谱空域信息的检测。但是此方法的缺点在于：1)电弧光源为三维曲面光源，而经过凸透镜成像后转变成二维平面光信号，使原弧光信号存在一定程度的信息失真；而且凸透镜镜面中心厚两边薄，这种尺寸的不一致会导致凸透镜镜片材质对电弧光源空域内不同位置的吸收率不同，从而带来信息失真。2)一次只能完成对一个电弧空域点的采集，对整个电弧空域光谱信息采集的实时性很差，且下一次换一个点采集需要手动移动光谱仪探头，从而再一次增加了测量误差。
因此，提供一种测量误差小，可以对整个电弧空域光谱信息进行实时采集的方法和装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置，用小孔代替凸透镜，产生倒立放大且清晰的实像，用精度较高的特制二维移动装置携带光谱仪探头可以实时记录并采集电弧空域内光谱信息。为实现上述目的其具体方案如下：
本发明公开了一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法，
焊枪与焊件之间产生稳定的被测电弧，所述被测电弧经过小孔形成倒立放大的实像；
光谱仪探头在所述放大的实像空域内进行二维实时采集，得到焊接电弧光谱空域信息；
根据所述焊接电弧光谱空域信息进行电弧物理信息的诊断分析。
优选的，所述步骤S2光谱仪探头进行二维实时采集的具体步骤为：通过电机调整所述探头在X轴向上移动，以及调整所述探头在Y轴向上移动：
优选的，所述步骤S3中电弧物理信息的诊断分析包括，利用玻尔兹曼温度分析法对电弧温度分布信息进行诊断分析，以及对等离子体物理信息的诊断分析。
本发明是针对焊接电弧光谱空域信息的测量方法与装置，该装置在测量过程中，用小孔代替透镜放大电弧光源，能减缓电弧光源经放大后的信息失真，用高精度二维移动装置控制光谱仪探头位置，可以实现连续采集，并且减少了测量误差。
本发明还公开了一种测量焊接电弧光谱空域信息的装置，包括焊枪和焊件，其特征在于，还包括，具有小孔的遮光板，二维移动装置，光谱仪，计算机；所述焊枪与所述焊件之间产生稳定被测电弧的电弧光经由所述小孔在所述光谱仪的探头所在的二维平面形成倒立、放大的实像，所述光谱仪通过光缆连接有探头，所述二维移动装置控制所述探头在所述二维平面内移动，所述笔记本电脑连接所述光谱仪，接收所述探头采集到的焊接电弧光谱空域信息。
优选的，所述二维移动装置通过USB线与二维移动装置控制器连接；所述二维移动装置包括固定三角架，安装在所述固定三角架上的y轴向移动轴；所述y轴向移动轴连接有y轴向移动轴电机；所述y轴向移动轴上还安装有x轴向移动轴，所述x轴向移动轴连接有x轴向移动轴电机，所述x轴向移动轴上安装滑块；其中，所述固定三角架用于固定所述二维移动装置；所述y轴向移动轴电机带动y轴向移动轴内部丝杠转动，从而带动x轴向移动轴在y轴向移动；所述x轴向移动轴电机带动x轴向移动轴内部丝杠转动，从而带动滑块在x轴向移动；所述滑块上固定所述探头。相对于地面，滑块可以带动光谱仪的探头实现沿x，y轴向的移动，从而实现焊接电弧光谱空域信息的实时二维采集。
本发明搭建电弧等离子体光谱空域采集系统，从而可以采集到电弧空域内不同位置、不同波长特征谱线的光谱空域信息，用来进行电弧空域内粒子种类与分布分析等电弧物理信息诊断。本发明能够在焊接过程中，精确、实时测量焊接电弧空域内光谱信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明焊接电弧光谱空域信息采集系统原理框图；
图2为本发明测量焊接电弧光谱空域信息的装置简图；
图3为本发明二维移动装置的结构示意图；
图4为本发明焊接电弧光谱空域信息采集结果图；
图5为本发明焊接电弧边缘到中心轴线的光谱理论变化趋势图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，为焊接电弧光谱空域信息采集系统原理框图，该实施例提供的一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法，包括如下步骤：
S1、焊枪与焊件之间产生稳定的被测电弧，被测电弧经过小孔形成倒立放大的实像；
S2、光谱仪探头在放大的实像空域内进行二维实时采集，得到焊接电弧光谱空域信息；步骤S2光谱仪探头进行二维实时采集的具体步骤为：通过电机调整所述探头在X轴向上移动，以及调整所述探头在Y轴向上移动，光谱仪将探头采集到的焊接电弧光谱空域信息传输至计算机。
S3、根据焊接电弧光谱空域信息进行电弧物理信息的诊断分析，包括利用玻尔兹曼温度分析法对电弧温度分布信息进行诊断分析，以及对等离子体物理信息的诊断分析。
需要说明的是，小孔的直径不能太大，太大成像为小孔的形状，也不能太小，太小容易发生光的衍射。根据不同的电弧光源，小孔的大小需要小范围内调节，建议在小孔直径在1mm附近，本实施例采用的是1mm直径的小孔。
根据小孔成像原理：
像距孔越近，所成像越小且清晰；反之，越大且模糊。
孔距蜡烛越近，所成像越大且模糊；反之，越小且清晰。
测量需要得到清晰放大的像，但二者是相互矛盾的，故通过不同的试验尝试，根据实验者所测电弧的实际情况选择距离既可。本实施例选择的物距为100mm，像距为200mm。
参见附图2，该实施提供了一种测量焊接电弧光谱空域信息的装置，包括焊枪1和焊件2，具有小孔3的遮光板，二维移动装置4，光谱仪5，计算机6；焊枪1与焊件2之间产生稳定被测电弧的电弧光经由小孔3在光谱仪5的探头51所在的二维平面形成倒立、放大的实像，二维移动装置4控制探头51，在二维平面内移动，计算机6连接光谱仪5，接收探头51采集到的焊接电弧光谱空域信息。
参见附图3为本发明二维移动装置的结构示意图。二维移动装置4通过USB线与二维移动装置控制器7连接；所述二维移动装置4包括固定三角架41，安装在所述固定三角架41上的y轴向移动轴42；所述y轴向移动轴42连接有y轴向移动轴电机43；所述y轴向移动轴42上还安装有x轴向移动轴44，所述x轴向移动轴44连接有x轴向移动轴电机45，所述x轴向移动轴44上安装滑块46；其中，所述固定三角架41用于固定所述二维移动装置4；所述y轴向移动轴电机43带动y轴向移动轴42内部丝杠转动，从而带动x轴向移动轴44在y轴向移动；所述x轴向移动轴电机45带动x轴向移动轴44内部丝杠转动，从而带动滑块46在x轴向移动；所述滑块46上固定所述探头51。计算机6控制二维移动装置控制器7，向二维移动装置4输出二维移动距离参数，二维移动装置4接收该参数后带动光谱仪探头在小孔成像的成像平面内做相应距离的移动。
本实施例的二维移动装置的x与y轴向的移动分辨率均可达到0.1mm，实现了高精度采集，具体采集过程为，计算机控制二维移动装置带动光谱仪的探头在小孔成像的成像平面内移动，采集路径根据实验者自己需要选取。
参见附图4为电弧光谱空域信息采集结果图，与理论变化趋势一致。如图5所示，即沿垂直于电弧中心轴线方向(x轴方向)测量电弧，从电弧边缘到电弧中心轴线，再远离中心轴线到电弧边缘的过程，不同空域点相同波长，光谱的理论曲线为：从电弧边缘到电弧中心轴线，曲线慢慢上升，在接近轴线处急剧升起，到中心轴线处出现峰值，因为电弧可近似看成轴对称模型，所以沿中心轴线处峰值处，曲线近似对称，与本实施例所采集的焊接电弧光谱空域信息完全相符。
以上对本发明所提供的一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法，其特征在于：
S1、焊枪与焊件之间产生稳定的被测电弧，所述被测电弧经过小孔形成倒立放大的实像；
S2、光谱仪的探头在所述放大的实像空域内进行二维实时采集，得到焊接电弧光谱空域信息；
S3、根据所述焊接电弧光谱空域信息进行电弧物理信息的诊断分析。
2.根据权利要求1所述的一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法，其特征在于，所述步骤S2光谱仪探头进行二维实时采集的具体步骤为：通过电机调整所述探头在X轴向上移动，以及调整所述探头在Y轴向上移动。
3.根据权利要求1所述的一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法，其特征在于，所述步骤S3中电弧物理信息的诊断分析包括，利用玻尔兹曼温度分析法对电弧温度分布信息进行诊断分析，以及对等离子体物理信息的诊断分析。
4.一种测量焊接电弧光谱空域信息的装置，包括焊枪(1)和焊件(2)，其特征在于，还包括，具有小孔(3)的遮光板，二维移动装置(4)，光谱仪(5)，计算机(6)；所述焊枪(1)与所述焊件(2)之间产生稳定被测电弧的电弧光经由所述小孔(3)在所述光谱仪(5)的探头(51)所在的二维平面形成倒立、放大的实像，所述二维移动装置(4)控制所述探头(51)在所述二维平面内移动，所述笔记本电脑(6)连接所述光谱仪(5)，接收所述探头(51)采集到的焊接电弧光谱空域信息。
5.根据权利要求4所述的一种测量焊接电弧光谱空域信息的装置，其特征在于还包括二维移动装置控制器(7)，所述二维移动装置(4)通过USB线与二维移动装置控制器(7)连接，所述二维移动装置控制器(7)连接所述计算机(6)；所述二维移动装置(4)包括固定三角架(41)，安装在所述固定三角架(41)上的y轴向移动轴(42)；所述y轴向移动轴(42)连接有y轴向移动轴电机(43)；所述y轴向移动轴(42)上还安装有x轴向移动轴(44)，所述x轴向移动轴(44)连接有x轴向移动轴电机(45)，所述x轴向移动轴(44)上安装滑块(46)；其中，所述固定三角架(41)用于固定所述二维移动装置(4)；所述y轴向移动轴电机(43)带动y轴向移动轴(42)内部丝杠转动，从而带动x轴向移动轴(44)在y轴向移动；所述x轴向移动轴电机(45)带动x轴向移动轴(44)内部丝杠转动，从而带动滑块(46)在x轴向移动；所述滑块(46)上固定所述探头(51)。
CN201811116805.7A 2018-09-25 2018-09-25 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置 Pending CN109014499A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811116805.7A CN109014499A (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811116805.7A CN109014499A (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109014499A true CN109014499A (zh) 2018-12-18

Family

ID=64617887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811116805.7A Pending CN109014499A (zh) 2018-09-25 2018-09-25 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109014499A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101819063A (zh) * 2009-12-29 2010-09-01 南京邮电大学 相位调制凹槽阵列微型光谱仪
CN102607700A (zh) * 2012-03-06 2012-07-25 上海交通大学 平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置
CN104807548A (zh) * 2015-04-30 2015-07-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 数字相移横向剪切干涉仪及光学系统波像差测量方法
WO2015148702A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Sigma Labs, Inc. Optical manufacturing process sensing and status indication system
CN107160048A (zh) * 2017-05-22 2017-09-15 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于光谱信息的激光焊接缺陷的在线诊断方法
CN107931784A (zh) * 2017-11-07 2018-04-20 上海交通大学 一种平面电弧成像与光谱同步采集装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101819063A (zh) * 2009-12-29 2010-09-01 南京邮电大学 相位调制凹槽阵列微型光谱仪
CN102607700A (zh) * 2012-03-06 2012-07-25 上海交通大学 平面动态电弧光谱同步实时扫描采集装置
WO2015148702A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Sigma Labs, Inc. Optical manufacturing process sensing and status indication system
CN104807548A (zh) * 2015-04-30 2015-07-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 数字相移横向剪切干涉仪及光学系统波像差测量方法
CN107160048A (zh) * 2017-05-22 2017-09-15 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于光谱信息的激光焊接缺陷的在线诊断方法
CN107931784A (zh) * 2017-11-07 2018-04-20 上海交通大学 一种平面电弧成像与光谱同步采集装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101536016B (zh) 光学微层析成像的焦平面跟踪
CN104568873B (zh) 一种对荧光物质进行成像的激光扫描共聚焦显微镜
CN106767519A (zh) 光谱共焦检测系统及方法
CN103148800B (zh) 一种基于光场传播的非标记三维显微方法和装置
CN104515748B (zh) 一种基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪
CN107037579A (zh) 一种力载荷及位移联合反馈控制的光学镊子系统
Lacey et al. The developmental long trace profiler (DLTP) optimized for metrology of side-facing optics at the ALS
Geckeler et al. Aperture alignment in autocollimator-based deflectometric profilometers
CN111289496A (zh) 一种远距离变焦距激光诱导击穿光谱的检测方法及装置
CN109014499A (zh) 一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置
Hedglen et al. Optical field/pupil rotator with a novel compact K-mirror for MagAO-X
US20140320672A1 (en) Method and Apparatus for Measuring Flange Back Focus and Calibrating Track Length Scales of Photographic Objective Lenses
CN109324050A (zh) 一种基于三维piv技术的透明土三维化模拟试验装置
Astrua et al. Improved performance of a refurbished photoelectric autocollimator
CN205049865U (zh) 一种电控变焦透镜变焦时间的自动检测装置
CN219980897U (zh) 空间相机光电系统综合测试平台
CN108225554A (zh) 一种阵列太赫兹探测器响应度参数的标定方法和装置
Deng et al. Instrumentation and method developments of x-ray ptychography at the Advanced Photon Source
CN213632617U (zh) 一种实现光学传递函数测量仪高精度的装置
Pathare et al. Low cost Michelson–Morley interferometer
CN206657111U (zh) 用于测量核聚变装置内等离子体参数的布喇格成像光谱仪
Samsonov et al. High speed laser tomography system
JP2003121355A (ja) 試料情報取得方法及びテラヘルツ光装置
CN113340567B (zh) 一种扩束光学系统角放大率及其一致性的测试系统和方法
Huang et al. An active flexure compensation method for LAMOST spectrograph based on BP-Neural network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181218