CN110788444A - 一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法 - Google Patents

一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法，所述装置包括基板、样品、电弧焊炬、焊丝和弧焊电源，在样品的附近设有用于拍摄熔池的摄像机，所述摄像机的镜头上设有复合滤光镜，所述复合滤光镜从外到内依次由UV镜、长波通滤光镜以及红外截止滤光镜组成，所述摄像机信号连接有计算机。本发明可以在无背光光源的条件下实时检测电弧增材制造过程中熔池的形状及动态波动，为电弧增材制造过程后续的熔池分析及焊接参数调整提供依据，进而有效保证了电弧增材制造的质量，检测装置结构简单，使用方便，检测方法简单，检测成本低廉，检测结果准确可靠。

Description

一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法，属于电弧增材制造技术领域。
背景技术
电弧增材制造技术是指利用逐层熔覆原理，采用电弧为热源，通过丝材的添加，在程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。具有技术成本低、生产效率高、设备简单等优点，已成为实现金属零件经济快速成形的重要手段。
电弧增材制造过程中，对熔池形状的检测控制是决定制造质量的关键。目前该领域关于熔池的检测主要依靠背光光源成像系统与图像采集系统相结合的手段，检测效果不理想，检测方法相对复杂，实施过程相对困难。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种电弧增材制造熔池动态检测装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电弧增材制造熔池动态检测装置，包括基板、样品、电弧焊炬、焊丝和弧焊电源，所述样品设于基板的顶部；所述电弧焊炬与弧焊电源相连，所述电弧焊炬位于样品的正上方，所述焊丝位于电弧焊炬和样品之间；所述焊丝连接有用于输送焊丝的送丝机构，所述电弧焊炬用于产生电弧熔化样品以形成熔池，并用于引导焊丝进入熔池，在样品的附近设有用于拍摄熔池的摄像机，所述摄像机的镜头上设有复合滤光镜，所述复合滤光镜从外到内依次由UV镜、长波通滤光镜以及红外截止滤光镜组成，所述摄像机信号连接有计算机。
作为一种实施方案，所述UV镜的可见光透过率为0.2～1％，优选0.3％。
作为一种实施方案，所述长波通滤光镜可过滤620nm波长以下的光线。
作为一种实施方案，所述红外截止滤光镜可过滤700nm波长以上的光线。
作为一种实施方案，还包括机器人和用于控制机器人的机器人控制系统，所述机器人分别与样品和电弧焊炬相连，用于移动样品和电弧焊炬。
作为一种实施方案，还包括用于提供惰性气体的惰性气体气瓶，所述惰性气体气瓶与电弧焊炬相连通。
作为一种实施方案，摄像机的位置及其镜头的角度均可调节。
一种电弧增材制造熔池动态检测方法，包括如下步骤：
a)设置电弧增材制造参数；
b)将复合滤光镜安装于摄像机的镜头上，将摄像机放置于样品附近并使其镜头对准样品，调节摄像机焦距至图像清晰；
c)开启弧焊电源，电弧焊炬产生电弧，样品的顶部在电弧的作用下熔化形成熔池，送丝机构将焊丝送至电弧焊炬与样品之间，电弧焊炬将焊丝熔化引导至熔池内；
d)当熔池出现时，摄像机开始对熔池进行拍摄，并将拍摄的数据传递给计算机。
作为一种实施方案，电弧焊炬接通有惰性气体气瓶，电弧焊炬产生的电弧在惰性气体氛围下熔化样品。所述惰性气体为氩气，氩气的流量为5～15升/分钟。
作为一种实施方案，电弧增材制造过程中，弧焊电源的电压为150～200V，电流为25～35A，脉冲频率为100～200Hz；送丝机构的送丝速率为7～8米/分钟；电弧焊炬的焊接速率为15～20厘米/分钟，电弧摆动速率为185～195弧度/分钟。
相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：
本发明可以在无背光光源的条件下实时检测电弧增材制造过程中熔池的形状及动态波动，为电弧增材制造过程后续的熔池分析及焊接参数调整提供依据，进而有效保证了电弧增材制造的质量，检测装置结构简单，使用方便，检测方法简单，检测成本低廉，检测结果准确可靠。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的电弧增材制造熔池动态检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中摄像机和复合滤光镜的连接示意图；
图3是本发明实施例中提供的电弧增材制造熔池动态检测装置拍摄的熔池图片；
图中标号示意如下：1、基板；2、样品；3、电弧焊炬；4、焊丝；5、弧焊电源；6、熔池；7、摄像机；8、复合滤光镜；81、UV镜；82、长波通滤光镜；83、红外截止滤光镜；9、计算机；10、机器人；11、机器人控制系统；12、惰性气体气瓶。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
如图1至图3所示，本发明提供的一种电弧增材制造熔池动态检测装置，包括基板1、样品2、电弧焊炬3、焊丝4和弧焊电源5，所述样品2设于基板1的顶部；所述电弧焊炬3与弧焊电源5相连，所述电弧焊炬3位于样品2的正上方，所述焊丝4位于电弧焊炬3和样品2之间；所述焊丝4连接有用于输送焊丝4的送丝机构(未显示)，所述电弧焊炬3用于产生电弧熔化样品2以形成熔池6，并用于引导焊丝4进入熔池6；在样品2的附近设有用于拍摄熔池6的摄像机7，所述摄像机7的镜头上设有复合滤光镜8，所述复合滤光镜8从外到内依次由UV镜81、长波通滤光镜82以及红外截止滤光镜83组成，所述摄像机7信号连接有计算机9。
本实施例中，所述UV镜81的可见光透过率为0.2～1％，以0.3％为佳，起到减小光强的作用。所述长波通滤光镜82可过滤620nm波长以下的光线，起到过滤短波减少弧光高能量光源的作用。所述红外截止滤光镜83可过滤700nm波长以上的光线，起到截止红外线减小红外线对摄像机7的损坏的作用。将复合滤光镜8设置在摄像机7的镜头上，检测过程中，熔池6的表面图像直接通过复合滤光镜8被摄像机7接收，可以在无背光光源的条件下，得到高清晰度的熔池图像。
所述电弧增材制造熔池动态检测装置还包括机器人10和用于控制机器人10的机器人控制系统11，所述机器人10分别与样品2和电弧焊炬3相连，用于移动样品2和电弧焊炬3。
所述电弧增材制造熔池动态检测装置还包括用于提供惰性气体的惰性气体气瓶12，所述惰性气体气瓶12与电弧焊炬3相连通，使得电弧焊炬3在惰性气体保护下对样品2进行弧焊。
本实施例中，摄像机7的位置及其镜头的角度均可调节。摄像机7及复合滤光镜8的位置可以在较大空间范围内自由移动，只要熔池6处于摄像机7的拍摄范围内即可。
一种电弧增材制造熔池动态检测方法，包括如下步骤：
a)设置电弧增材制造参数，本实施例中，各参数设置如下：弧焊电源5的电压为170V，电流为29A，脉冲频率为150Hz；送丝机构的送丝速率为7.3米/分钟；电弧焊炬的焊接速率为17厘米/分钟，电弧摆动速率为189弧度/分钟，惰性气体(氩气)的流量为10升/分钟；
b)将复合滤光镜8安装于摄像机7的镜头上，将摄像机7放置于样品2附近并使其镜头对准样品2，调节摄像机7焦距至图像清晰；拍摄过程中，摄像机7的光圈大小可以设置为f/8.0，拍摄频率设置为1000Hz，曝光时间为400us；
c)开启弧焊电源5，电弧焊炬3产生电弧，样品2的顶部在电弧的作用下熔化形成熔池6，送丝机构将焊丝4送至电弧焊炬3与样品2之间，电弧焊炬3将焊丝4熔化引导至熔池6内；
d)当熔池6出现时，摄像机7开始对熔池6进行拍摄，并将拍摄的数据传递给计算机9。计算机9对摄像机7传递的数据进行处理并存储，从而实时的显示并存储电弧增材制造过程中熔池6的动态过程，为电弧增材制造过程后续的熔池分析及焊接参数调整提供依据，为电弧增材制造工艺的优化提供依据，进而有效保证了电弧增材制造的质量。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，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露的技术范围内，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。

Claims (8)

1.一种电弧增材制造熔池动态检测装置，包括基板、样品、电弧焊炬、焊丝和弧焊电源，所述样品设于基板的顶部；所述电弧焊炬与弧焊电源相连，所述电弧焊炬位于样品的正上方，所述焊丝位于电弧焊炬和样品之间；所述焊丝连接有用于输送焊丝的送丝机构，所述电弧焊炬用于产生电弧熔化样品以形成熔池，并用于引导焊丝进入熔池；其特征在于：在样品的附近设有用于拍摄熔池的摄像机，所述摄像机的镜头上设有复合滤光镜，所述复合滤光镜从外到内依次由UV镜、长波通滤光镜以及红外截止滤光镜组成，所述摄像机信号连接有计算机。
2.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：所述UV镜的可见光透过率为0.2～1％。
3.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：所述长波通滤光镜可过滤620nm波长以下的光线。
4.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：所述红外截止滤光镜可过滤700nm波长以上的光线。
5.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：还包括机器人和用于控制机器人的机器人控制系统，所述机器人分别与样品和电弧焊炬相连，用于移动样品和电弧焊炬。
6.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：还包括用于提供惰性气体的惰性气体气瓶，所述惰性气体气瓶与电弧焊炬相连通。
7.根据权利要求1所述的电弧增材制造熔池动态检测装置，其特征在于：摄像机的位置及其镜头的角度均可调节。
8.一种电弧增材制造熔池动态检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)设置电弧增材制造参数；
b)将复合滤光镜安装于摄像机的镜头上，将摄像机放置于样品附近并使其镜头对准样品，调节摄像机焦距至图像清晰；
c)开启弧焊电源，电弧焊炬产生电弧，样品的顶部在电弧的作用下熔化形成熔池，送丝机构将焊丝送至电弧焊炬与样品之间，电弧焊炬将焊丝熔化引导至熔池内；
d)当熔池出现时，摄像机开始对熔池进行拍摄，并将拍摄的数据传递给计算机。
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