CN109986198A - 一种高功率焊接的熔池监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高功率焊接的熔池监测装置，涉及激光加工设备技术领域。该装置包括激光焊接头、调节结构、光学成像系统、冷却装置和上位机；调节结构一端连接激光焊接头，另一端连接光学成像系统，调节结构移动光学成像系统至焊接表面反射光的反射范围内，光学成像系统采集焊接表面的熔池图像；上位机有线或无线连接光学成像系统，获取并处理焊接表面的熔池图像，实时监测熔池的形貌；冷却装置安装在光学成像系统上方，用于冷却光学成像系统的温度。该装置通过调节机构移动光学成像系统的位置，使之能够采集焊接表面的熔池形貌，上位机通过获取并处理光学成像系统采集的熔池形貌的图像来对焊接过程进行实时监控。

Description

一种高功率焊接的熔池监测装置

技术领域

本发明实施例涉及激光加工设备技术领域，特别是一种高功率焊接的熔池监测装置。

背景技术

激光焊接包括低功率焊接和高功率焊接，低功率焊接的功率一般在3千瓦以下，采用CCD相机便可以观察焊接的熔池形貌，判断焊接效果。高功率焊接的功率在3千瓦以上，激光焊接的功率较高，熔池表面的反射以及热辐射增强，使得金属蒸汽及等离子体云增多，使用CCD相机只能观察到一团火焰，不能观察到完整的熔池形貌，难以监测观察焊接的熔池形貌，判断焊接的效果。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是：高功率激光焊接条件下难以监测观察焊接的熔池形貌。

为了解决上述技术问题，本发明实施例所述的一种高功率焊接的熔池监测装置采用了如下所述的技术方案：包括激光焊接头、调节结构、光学成像系统、冷却装置和上位机；

所述调节结构一端连接所述激光焊接头，另一端连接所述光学成像系统，所述调节结构移动所述光学成像系统至焊接表面反射光的反射范围内，所述光学成像系统采集所述焊接表面的熔池图像；

所述上位机有线或无线连接所述光学成像系统，获取并处理所述焊接表面的熔池图像，实时监测所述熔池的形貌；所述冷却装置安装在所述光学成像系统上方，用于冷却所述光学成像系统的温度。

进一步地，所述调节结构包括：水平调节座、角度调节座和连接件，

所述水平调节座一端与所述激光焊接头固定，另一端通过所述连接件与所述角度调节座活动连接，并且，所述水平调节座垂直于所述激光焊接头；

所述角度调节座的另一端与所述光学成像系统固定，所述角度调节座在所述水平调节座上移动来调节所述光学成像系统的水平工作距离，所述角度调节座绕着所述连接件旋转来调节所述光学成像系统的入射角。

进一步地，所述水平调节座上固设有第一滑动槽，所述角度调节座及所述连接件在所述第一滑动槽上移动。

进一步地，所述角度调节座固设有第二滑动槽，所述角度调节座顺着所述第二滑动槽的轴向移动调节所述光学成像系统的高度工作距离。

进一步地，所述激光焊接头包括激光发生器和喷头，所述激光发生器连接所述调节机构，所述喷头固定在所述激光发生器的底部。

进一步地，所述冷却装置为水冷组件。

进一步地，所述光学成像系统包括相机、镜头和调焦组件，所述相机固定在所述调节结构的侧边，所述焦距组件连接所述镜头。

进一步地，所述光学成像系统还包括保护镜片，用于减小反射激光对所述相机的损伤。

进一步地，所述激光焊接头设有LED照明组，用于所述光学成像系统的光亮补偿。与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：

本发明实施例公开了一种高功率焊接的熔池监测装置，包括激光焊接头、调节结构、光学成像系统、冷却装置和上位机；所述调节结构一端连接所述激光焊接头，另一端连接所述光学成像系统，所述调节结构移动所述光学成像系统至焊接表面反射光的反射范围内，所述光学成像系统采集所述焊接表面的熔池图像；所述上位机有线或无线连接所述光学成像系统，获取并处理所述焊接表面的熔池图像，实时监测所述熔池的形貌；所述冷却装置安装在所述光学成像系统上方，用于冷却所述光学成像系统的温度。本发明实施例提供的高功率焊接的熔池监测装置通过所述调节机构移动所述光学成像系统的位置，使之能够采集焊接表面的熔池形貌，上位机通过获取并处理所述光学成像系统采集的熔池形貌的图像来对焊接过程进行实时监控。所述冷却装置用于保护所述光学成像系统，延长其使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的调节机构示意图；

图3为本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的光学成像系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-激光焊接头、2-调节机构、3-光学成像系统、4-冷却装置、5-上位机、11- 激光发生器、12-喷头、13-LED照明组、21-水平调节座、22-角度调节座、23- 连接件、31-相机、32-镜头、33-调焦组件、34-保护镜片、211-第一滑动槽、221- 第二滑动槽、231-垫片、232-螺栓。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“上”、“下”、“上端”、“下端”、“底部”、“顶部”等仅表示了各部件之间的相对位置关系，当进行翻转或旋转时，这一相对位置关系可能会发生颠倒或变化。

本发明的权利要求书、说明书以及说明书附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

参考图1本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的结构示意图；参考图2，本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的调节机构的示意图；参考图3，为本发明实施例所述功率焊接的熔池监测装置的光学成像系统的结构示意图。

结合图1-图3所示，所述高功率焊接的熔池监测装置包括：激光焊接头1、调节结构2、光学成像系统3、冷却装置4和上位机5。激光焊接头1包括激光发生器11和喷头12，激光发生器11用于发生激光，且激光发生器11连接所述调节机构2，所述喷头12固定在所述激光发生器11的底部，将激光喷射到焊接产品表面。所述光学成像系统3用于采集所述焊接表面的熔池图像，所述调节结构2一端连接所述激光焊接头1，另一端连接所述光学成像系统3，所述调节结构2用于移动所述光学成像系统3，使得焊接表面反射光能够反射到的光学成像系统3中。所述上位机5通过有线方式或无线方式连接所述光学成像系统3，获得所述光学成像系统3采集的焊接表面的熔池形貌图像，实时监测所述焊接表面的熔池形貌，对焊接过程进行实时的监控。所述冷却装置4安装在所述光学成像系统3上方，用于冷却所述光学成像系统3的温度，同时防止焊接中的反射和热辐射对相机的损坏，保护所述光学成像系统3。

本发明实施例提供的高功率焊接的熔池监测装置通过所述调节机构2 移动所述光学成像系统3的位置，使之能够采集焊接表面的熔池形貌，上位机5 通过获取并处理所述光学成像系统3采集的熔池形貌的图像来对焊接过程进行实时监控。所述冷却装置4用于保护所述光学成像系统3，延长其使用寿命。

如图2所示，所述调节结构2包括：水平调节座21、角度调节座22和连接件23。其中，所述水平调节座21用于调节所述光学成像系统3的水平工作距离，其一端与所述激光焊接头1固定，另一端通过所述连接件23与所述角度调节座 22活动连接，并且，所述水平调节座21垂直于所述激光焊接头1。所述角度调节座22用于调节所述光学成像系统3的入射角，其另一端与所述光学成像系统 3固定。具体地，所述角度调节座22在所述水平调节座21上移动来调节所述光学成像系统的水平工作距离，所述角度调节座22绕着所述连接件23旋转来调节所述光学成像系统的入射角。

所述水平调节座21上固设有第一滑动槽211，所述角度调节座22固设有第二滑动槽221。可选地，所述连接件23包括两个垫片231和一个螺栓232，其中一个垫片垫在所述水平调节座21的上表面，一个垫在所述角度调节座22的下表面。调节时，拧松螺栓，将所述角度调节座22及所述连接件23在所述第一滑动槽211上移动，从而水平平移所述光学成像系统3的工作距离。将所述角度调节座22绕着螺栓旋转来调节所述光学成像系统3的入射角，并且，顺着所述第二滑动槽221的轴向可移动所述角度调节座22来调节所述光学成像系统3的高度工作距离。

所述上位机5包括处理器、存储器和显示器，所述处理器用于获取并处理所述光学成像系统3获得的焊接表面的熔池形貌图像并显示在显示器中，便于用户观察焊接表面的熔池形貌，对焊接过程进行实时的监控，控制焊接效果。所述存储器用于存储所述光学成像系统3获取的所述焊接表面的熔池图像，保存数据。

所述光学成像系统3包括相机31、镜头32调焦组件33和保护镜片34，所述镜头32用于获取焊接表面的熔池图像，相机31对其进行光学处理，所述调焦组件33用于调节所述镜头32的焦距，所述保护镜片34用于保护整个光学成像系统3，减小飞溅和反射激光对光学成像系统3损坏。具体地，所述相机31 连接所述角度调节座22，，所述调焦组件33连接所述镜头32，通过调节所述镜头32到相机的距离来调节焦距。

可选地，所述相机31为高动态相机，其动态范围较大，可使焊接中心的亮点区域和熔池边缘的暗点区域显现出来，通过上位机5控制比度，增益，曝光时间等光学参数，可在显示器中观察到清晰的焊接表面的熔池形貌。

所述冷却装置4安装在所述相机31上方，快速降低所述相机31的温度，保护所述光学成像系统3，延长其使用寿命。优选地，所述冷却装置4为水冷组件，由水冷箱、水泵、水冷头、水管、水冷液、散热风扇等等组成，能够快速吸收相机31的热量并排放到空气中，散热效率高。

更进一步地，所述激光焊接头1设有LED照明组13，用于所述光学成像系统3的光亮补偿。

本发明不限于上述实施方式，以上所述是本发明的优选实施方式，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些等价形式的改进和修饰也应视为包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，包括：激光焊接头、调节结构、光学成像系统、冷却装置和上位机；

所述调节结构一端连接所述激光焊接头，另一端连接所述光学成像系统，所述调节结构移动所述光学成像系统至焊接表面反射光的反射范围内，所述光学成像系统采集所述焊接表面的熔池图像；

所述上位机有线或无线连接所述光学成像系统，获取并处理所述焊接表面的熔池图像，实时监测所述熔池的形貌；所述冷却装置安装在所述光学成像系统上方，用于冷却所述光学成像系统的温度。

2.根据权利要求1所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述调节结构包括：水平调节座、角度调节座和连接件；

所述水平调节座一端与所述激光焊接头固定，另一端通过所述连接件与所述角度调节座的一端活动连接，并且，所述水平调节座垂直于所述激光焊接头；

所述角度调节座的另一端与所述光学成像系统固定，所述角度调节座在所述水平调节座上移动来调节所述光学成像系统的水平工作距离，所述角度调节座绕着所述连接件旋转来调节所述光学成像系统的入射角。

3.根据权利要求2所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述水平调节座上固设有第一滑动槽，所述角度调节座及所述连接件在所述第一滑动槽上移动。

4.根据权利要求2所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述角度调节座固设有第二滑动槽，所述角度调节座顺着所述第二滑动槽的轴向移动调节所述光学成像系统的高度工作距离。

5.根据权利要求1所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述激光焊接头包括激光发生器和喷头，所述激光发生器连接所述调节机构，所述喷头固定在所述激光发生器的底部。

6.根据权利要求1所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述冷却装置为水冷组件。

7.根据权利要求1所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述光学成像系统包括相机、镜头和调焦组件，所述相机固定在所述调节结构的侧边，所述焦距组件连接所述镜头。

8.根据权利要求7所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述光学成像系统还包括保护镜片，用于减小反射激光对所述相机的损伤。

9.根据权利要求1所述的高功率焊接的熔池监测装置，其特征在于，所述激光焊接头设有LED照明组，用于所述光学成像系统的光亮补偿。