CN110548963A - 一种触发器、触发器系统及触发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种触发器、触发器系统及触发方法，包括霍尔电流传感器，用于将焊机电流信号转换成电压传感信号；模数转换器，用于对电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号；单片机，用于获取数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和电流波形周期，并通过电流波形的上升沿脉宽、电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过电流波形的下降沿脉宽、电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像，以确定焊接的稳定性或者焊接质量情况。

Description

一种触发器、触发器系统及触发方法
技术领域
本发明涉及电弧焊技术领域，特别涉及一种应用于电焊机拍摄熔池图像和焊缝图像的触发器及触发方法。
背景技术
在电弧焊焊接时，电弧焊监控系统需要通过拍摄清晰的熔池图像以确定焊接稳定性，拍摄整个焊缝的情况以确定焊接质量。通常地，电弧焊监控系统包括高速相机、数据采集卡、计算机系统及图像处理软件，高速相机的快门开启触发可以由高速相机本身的触发电路产生。但是现有技术中，在拍摄熔池图像时，由于存在弧光、烟雾和金属粉末飞溅等情况，导致拍摄到的熔池图像存在噪点模糊不清。另外，现有技术中触发高速相机开启的触发电路不能设定触发时间，不能在合适的时间产生触发脉冲，以完成对整个焊缝的拍摄，导致技术人员无法及时清晰获知焊缝的焊接质量。
发明内容
本发明实施例提供一种触发器、触发器系统及触发方法，以解决熔池图像拍摄模糊不清和无法拍摄整个焊缝，获知焊缝质量的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种触发器，包括：
霍尔电流传感器，用于将焊机电流信号转换成电压传感信号；
模数转换器，用于对所述电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号；
单片机，用于获取所述数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和所述电流波形周期，并通过所述电流波形的上升沿脉宽、所述电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过所述电流波形的下降沿脉宽、所述电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
本发明的有益效果是：采用霍尔电流传感器有很好的隔离作用，能保证获取的脉冲信号不受焊机影响；在获取电压传感信号后，通过模数转换器将电压传感信号进行模数转换，获取数字电压感应信号，方便单片机根据该数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、电流波形周期和第一预设延迟时间获取第一触发信号，以便在焊接过程短路期间触发高速相机完成对熔池图像的拍摄，提高熔池图像拍摄的清晰度。或者，根据该数字电压感应信号对应的电流波形的下降沿脉宽、电流波形周期和第二预设延迟时间获取第二触发信号，以便借助焊接过程存在弧光期间触发高速相机完成对焊缝图像的拍摄，方便获知焊接质量。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述触发器还包括：
信号放大电路，用于对所述电压传感信号进行放大；
低通滤波电路，用于对放大后的所述电压传感信号进行过滤，允许低于截止频率的电压传感信号通过。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过信号放大电路对电压传感信号进行放大，以增大输入阻抗，使电压传感信号更加稳定；通过低通滤波电路获取低于截止频率的电压传感信号，使得后续在进行模数转化时，获取的数字电压感应信号更加准确。
进一步，所述触发器还包括：
输出缓冲器，用于存放所述脉冲信号，并将所述脉冲信号输出至外部高速相机。
采用上述进一步方案的有益效果是：在单片机生成触发信号后，为了对触发信号进行协调和缓冲，使触发信号的波形更加整齐，因此，需要将脉冲信号存放在输出缓冲器中。
进一步，所述霍尔电流传感器为电压输出型霍尔电流传感器。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种触发器系统，包括上述触发器，还包括独立按键和液晶显示屏：
独立按键，用于设置延迟时间，并启动单片机中的计时器进行计时；
液晶显示屏，用于实时显示电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，并显示所述延迟时间。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过实时显示的电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，以使工作人员根据实际需要通过独立按键输入对应的第一延迟时间和第二延迟时间触发单片机生成对应的脉冲信号。
进一步，所述独立按键与所述单片机连接，用于输入所述电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间或者所述电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间；
所述液晶显示屏与所述单片机连接，用于显示拍摄模式，所述拍摄模式包括熔池拍摄和焊缝拍摄。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过输入所述电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间或者所述电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间可以满足不同的拍摄模式；通过液晶显示屏显示拍摄模式，可以使得工作人员及时确定拍摄模式是否为所需要的模式。
进一步，当通过所述独立按键输入的为所述电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间，则所述液晶显示屏显示的拍摄模式为焊缝拍摄；
当通过所述独立按键输入的为所述电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间，则所述液晶显示屏显示的拍摄模式为熔池拍摄。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过确定独立按键输入的为电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间还是电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间，可以达到确定拍摄模式是焊缝拍摄还是熔池拍摄的效果，使得两种拍摄模式可以灵活选用，更加满足实际需要。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种触发方法，包括以下步骤：
霍尔电流传感器将焊机电流信号转换成电压传感信号；模数转换器对所述低于截止频率的电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号；单片机获取所述数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和所述电流波形周期，并通过所述电流波形的上升沿脉宽、所述电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过所述电流波形的下降沿脉宽、所述电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
本发明的有益效果是：采用霍尔电流传感器有很好的隔离作用，能保证获取的脉冲信号不受焊机影响；通过低通滤波电路可以获取低于截止频率的电压传感信号，使得后续在进行模数转化时，获取的数字电压感应信号更加准确；通过液晶显示屏实时显示的电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，工作人员可以根据需要通过独立按键选择输入对应的延迟时间，以触发单片机生成第一脉冲信号，启动高速相机拍摄清晰的熔池图像；或者生成第二脉冲信号，启动高速相机拍摄焊缝图像，以确定焊接的稳定性或者焊接质量情况。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种相机，包括上述触发器，或者，包括上述触发器系统。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种电弧焊接系统，包括上述触发器，或者，包括上述触发器系统。
附图说明
图1为本发明一种触发器模块框图；
图2为本发明焊接原理图；
图3为本发明一种触发器模块的另一框图；
图4为本发明信号放大电路原理图；
图5为本发明低通滤波电路原理图；
图6为本发明一种触发器系统框图；
图7为本发明一种触发方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种触发器，包括：
霍尔电流传感器1，用于将焊机电流信号转换成电压传感信号。
上述实施例中，采用霍尔电流传感器有很好的隔离作用，能保证获取的脉冲信号不受焊机影响。
模数转换器4，用于对电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号。
上述实施例中，在获取电压传感信号后，通过模数转换器将电压传感信号进行模数转换，获取数字电压感应信号，方便单片机执行后续步骤。
单片机5，用于获取数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和电流波形周期，并通过电流波形的上升沿脉宽、电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像。或者，通过电流波形的下降沿脉宽、电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
具体地，如图2所示，在电流波形位置③至位置④即焊接过程短路期间，生成第一触发信号，由于焊接过程短路，不存在弧光、烟雾和金属粉末飞溅的情况，此时，通过第一触发信号触发高速相机可以拍摄到清晰的熔池图像。或者，在电流波形位置①到位置③即焊接过程产生电弧期间，生成第二触发信号，借助电弧弧光，无需另外增加光源，此时，通过第二触发信号触发高速相机拍摄焊缝图像，以获知焊接质量。
优选的，如图3所示，该触发器还包括：
信号放大电路2，用于对电压传感信号进行放大。
优选的，如图4所示，信号放大电路2包括运算放大器U2D、电阻R4、滑动变阻器R6和电阻R16；其中，霍尔电流传感器1的输出端经电阻R16连接至运算放大器U2D的同相输入端；运算放大器U2D的反相输入端经电阻R4接地，且运算放大器U2D的反相输入端与滑动变阻器R6的一端连接；滑动变阻器R6的另一端和其滑动端分别与运算放大器U2D的输出端连接；运算放大器U2D的输出端与低通滤波电路3输入端连接。
进一步，信号放大电路2通过对霍尔电流传感器1输出的电压传感信号进行放大处理；信号放大电路2对霍尔电流传感器1输出的电压传感信号的放大倍数根据滑动变阻器R6进行调整；其中，Vout指通过信号放大电路(2)放大后的电压传感信号，Vin指霍尔电流传感器1输出的电压传感信号。
具体地，由于本申请使用的霍尔电流传感器输出的电压传感信号为0-5V的交流电压信号，而实际应用中焊机的电流并不固定，导致霍尔电流传感器输出的电压感应信号也不稳定，因此，在霍尔电流传感器输出电压传感信号后加了一级同相比例放大电路来增大输入阻抗和放大，并通过调节负反馈电阻即滑动变阻器R6实现放大倍数0-12倍可调，以适应不同的焊接环境。上述实施例，通过信号放大电路对电压传感信号进行放大，以增大输入阻抗，使电压传感信号更加稳定。
低通滤波电路3，用于对放大后的电压传感信号进行过滤，允许低于截止频率的电压传感信号通过。
优选的，如图5所示，低通滤波电路3包括运算放大器U2B、运算放大器U2C、电容C2、电容C7-C10、电阻R2、电阻R3和电阻R13-R15；其中，信号放大电路2的输出端与电阻R2第一端连接，电阻R2第二端与电阻R3第一端连接，电阻R3第二端与运算放大器U2B的同相输入端连接；电容C2的一端接地，其另外一端与电阻R2第二端连接；电容C7的一端与电阻R3第二端连接，其另外一端分别与运算放大器U2B的反相输入端和输出端连接；电容C8的一端接地，其另外一端连接至运算放大器U2B的同相输入端；运算放大器U2B的反相输入端与其输出端连接；运算放大器U2B的输出端与电阻R14第一端连接，电阻R14第二端与电阻R15第一端连接，电阻R15第二端连接至运算放大器U2C的同相输入端；电容C9的一端与电阻R14第二端连接，其另外一端分别与运算放大器U2C的反相输入端和其输出端连接；电容C10的一端接地，其另外一端连接至运算放大器U2C的同相输入端；运算放大器U2C的反相输入端与其输出端连接；运算放大器U2C的输出端与模数转换器4连接。
具体地，由于焊机电流信号为频带较宽的信号，为了使得后续在进行模数转化时，获取的数字电压感应信号更加准确，则采用低通滤波电路对放大后的电压传感信号进行过滤。本实施例中的低通滤波电路具体为截止频率为250HZ的五阶低通滤波器形成的电路。上述实施例，通过低通滤波电路获取低于截止频率的电压传感信号，使得后续在进行模数转化时，获取的数字电压感应信号更加准确。
优选的，如图3所示，该触发器还包括
输出缓冲器6，用于存放脉冲信号，并将脉冲信号输出至外部高速相机。
上述实施例中，在单片机生成触发信号后，为了对触发信号进行协调和缓冲，使触发信号的波形更加整齐，因此，需要将脉冲信号存放在输出缓冲器中。
优选的，霍尔电流传感器1为电压输出型霍尔电流传感器。
如图6所示，本发明的其他实施例还提供一种触发器系统，包括上述触发器，还包括独立按键7和液晶显示屏8；
独立按键7，用于设置延迟时间，并启动单片机5中的计时器进行计时。
液晶显示屏8，用于实时显示电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，并显示延迟时间。
上述实施例中，通过实时显示的电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，以使工作人员根据实际需要通过独立按键输入对应的第一延迟时间和第二延迟时间触发单片机生成对应的脉冲信号。
优选的，独立按键7与单片机5连接，用于输入电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间或者电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间。
液晶显示屏8与单片机5连接，用于显示拍摄模式，拍摄模式包括熔池拍摄和焊缝拍摄。
优选的，当通过独立按键7输入的为电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间，则液晶显示屏8显示的拍摄模式为焊缝拍摄。
当通过独立按键7输入的为电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间，则液晶显示屏8显示的拍摄模式为熔池拍摄。
优选的，当通过独立按键7输入的为电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间，则液晶显示屏8显示的拍摄模式为焊缝拍摄。
当通过独立按键7输入的为电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间，则液晶显示屏8显示的拍摄模式为熔池拍摄。
具体地，根据液晶显示屏8实时显示的电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，工作人员根据实际需要确定进行熔池拍摄还是焊缝拍摄，然后通过独立按键7启动单片机中的计时器进行计时，并通过独立按键7输入电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间或者电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间。
若单片机的计时器记录的是电流波形的波峰对应的时间，则通过独立按键7输入熔池对应的延迟时间，单片机通过该熔池对应的延迟时间触发脉冲信号，并发送给输出缓冲器，输出缓冲器将对应的脉冲信号输出至外部高速相机以完成熔池图像的拍摄，获取清晰的熔池图像。同时，液晶显示屏8显示拍摄模式为熔池拍摄，可以方便工作人员更加直观地获知拍摄模式。
若单片机的计时器记录的是电流波形的波谷对应的时间，则通过独立按键7输入焊缝对应的延迟时间，单片机通过该焊缝对应的延迟时间触发脉冲信号，并发送给输出缓冲器，输出缓冲器将对应的脉冲信号输出至外部高速相机以完成焊缝图像的拍摄，用以判断焊接质量是否满足要求。同时，液晶显示屏8显示拍摄模式为焊缝拍摄，可以方便工作人员直观地获知拍摄模式。
进一步地，本实施例在进行焊缝拍摄时，不需要借助外界的光源，直接通过焊接时产生的弧光拍摄。在采用弧光进行焊缝拍摄时，弧光不能太强，也不能太弱。弧光太强会导致拍摄的焊缝图像太亮，无法获知焊缝图像的内容；弧光太弱会导致拍摄的焊缝图像太暗，也无法获知焊缝图像的内容。由于焊接环境和焊接内容比较多样复杂，因此，本实施例中对于弧光强弱设置由工作人员根据实际情况调整。
如图7所示，本发明的其他实施例还提供一种触发方法，包括如下步骤：
S10：霍尔电流传感器1将焊机电流信号转换成电压传感信号。
S20：模数转换器4对电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号。
S30：单片机5获取数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和电流波形周期，并通过电流波形的上升沿脉宽、电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过电流波形的下降沿脉宽、电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
在本发明的其他实施例中，还提供一种相机，包括上述触发器，或者，包括上述触发器系统。该包括上述触发器或者上述触发器系统的相机可用于拍摄清晰的熔池图像以确定焊接稳定性，也可用于拍摄焊缝图像以确定焊接质量。
在本发明的其他实施例中，还提供一种电弧焊接系统，包括上述触发器，或者，包括上述触发器系统。该包括上述触发器或者上述触发器系统的电弧焊接系统，可用于拍摄清晰的熔池图像以确定焊接稳定性，也可用于拍摄焊缝图像以确定焊接质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种触发器，其特征在于，包括：
霍尔电流传感器(1)，用于将焊机电流信号转换成电压传感信号；
模数转换器(4)，用于对所述电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号；
单片机(5)，用于获取所述数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和所述电流波形周期，并通过所述电流波形的上升沿脉宽、所述电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过所述电流波形的下降沿脉宽、所述电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
2.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于，所述触发器还包括：
信号放大电路(2)，用于对所述电压传感信号进行放大；
低通滤波电路(3)，用于对放大后的所述电压传感信号进行过滤，允许低于截止频率的电压传感信号通过。
3.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于，所述触发器还包括：
输出缓冲器(6)，用于存放所述脉冲信号，并将所述脉冲信号输出至外部高速相机。
4.根据权利要求1所述的触发器，其特征在于，所述霍尔电流传感器(1)为电压输出型霍尔电流传感器。
5.一种触发器系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的触发器，还包括独立按键(7)和液晶显示屏(8)；
所述独立按键(7)，用于设置延迟时间，并启动单片机(5)中的计时器进行计时；
所述液晶显示屏(8)，用于实时显示电流波形的上升沿脉宽和下降沿脉宽，并显示所述延迟时间。
6.根据权利要求5所述的触发器系统，其特征在于，
所述独立按键(7)与所述单片机(5)连接，用于输入所述电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间或者所述电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间；
所述液晶显示屏(8)与所述单片机(5)连接，用于显示拍摄模式，所述拍摄模式包括熔池拍摄和焊缝拍摄。
7.根据权利要求6所述的触发器系统，其特征在于，
当通过所述独立按键(7)输入的为所述电流波形的波谷到产生脉冲信号的延迟时间，则所述液晶显示屏(8)显示的拍摄模式为焊缝拍摄；
当通过所述独立按键(7)输入的为所述电流波形的波峰到产生脉冲信号的延迟时间，则所述液晶显示屏(8)显示的拍摄模式为熔池拍摄。
8.一种触发方法，其特征在于，包括如下步骤：
霍尔电流传感器(1)将焊机电流信号转换成电压传感信号；模数转换器(4)对所述电压传感信号进行模数转换，生成数字电压感应信号；单片机(5)获取所述数字电压感应信号对应的电流波形的上升沿脉宽、下降沿脉宽和所述电流波形周期，并通过所述电流波形的上升沿脉宽、所述电流波形周期和第一预设延迟时间生成第一触发信号，触发高速相机拍摄熔池图像；或者，通过所述电流波形的下降沿脉宽、所述电流波形周期和第二预设延迟时间生成第二触发信号，触发高速相机拍摄焊缝图像。
9.一种相机，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的触发器，或者，包括如权利要求5-7任一项所述的触发器系统。
10.一种电弧焊接系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的触发器，或者，包括如权利要求5-7任一项所述的触发器系统。
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