CN112004016A - 一种用于电焊监控的工业摄像头 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于电焊监控的工业摄像头，包括摄像头，焊枪，电焊机，电焊机通过线缆连接焊件和焊枪，其还包括安装有多个成组的不同浓度的滤光片的滤光盘，滤光片在滤光盘外缘周向布置，摄像头可透过滤光片拍摄电焊位置，滤光盘可转动，切换为摄像头滤过的滤光片，其还包括非接触式电表，其检测线缆上的电学参数，所述非接触式电表及滤光盘、摄像头都与控制盒电连接，控制盒根据读取的非接触式电表检测的数据，相应地控制滤光盘的运动。本方案通过对电焊线缆电学参数的检测替代了亮度传感器，克服了摄像角度等环境因素对强光抑制的影响，同时采用滤光盘系统，准确地切换接入的滤光片，使无论是否有强光，画面的亮度总是大体一致。
Description
技术领域
本申请涉及一种工业安保、监护设备，具体地，涉及一种用于电焊监控的工业摄像头。
背景技术
在机械制造电焊加工中，焊接位置会产生强烈而不稳定的电弧强光。为了分析或者安全的目的，需要对焊接位置进行拍摄，并且在不焊接的时候，也要对焊接工作人员的工作情况进行拍摄。现有技术当中，摄像头的感光范围是非常小的(只有日常光亮范围的一部分区间)，超出这一范围，就要采用补光灯或黑片减少光度。但电焊过程中弧光的光度变化范围太大和太快，对强光的抑制还存在一定的问题。
现有技术中已经出现了一些针对电焊的强光抑制方法，如：
1.数字处理法，如引证文件1：CN109788205A图像调整方法、装置及电子设备
这类方法采用正常的图像采集器采集图像，然后通过内置的程序算法，对采集的图像标定出亮区和暗区，对暗区给予一定的补偿，使画面整体的对比度降低，使亮区达到可视。但某些电焊场合产生的弧光过强，其亮度已经超过图像采集器件的采集范围，无法用内置算法补偿。同时此类方法依赖后期的图像处理，对原始情况的采集已经有了一些失真。
2.加装滤光片法，如引证文件2：CN109172135A带双摄像头和液晶显示屏的电焊面罩，滤光片可类比于电焊工人用墨镜，为镜头加上滤光片后，可进行正常拍摄。这类方法在未产生电焊弧光时，摄像头无法取像(用于电焊的滤光片浓度较深)，最终获取的图像是不连续的，为后期的查看带来不便。
3.ADF-自动变光镜组拍摄法
这类方法为摄像镜头加装电控液晶滤光片，根据光学传感器测定的光亮值切换液晶的透光率，达到同时拍摄非焊接和焊接弧光的效果，但存在的问题是，液晶变光镜的最小透光率存在一个阈值，即其滤光范围是有上限的，并且仅能在少量几个离散的透光率当中切换，而电焊弧光强度是连续变化的，拍摄的图像分成明暗不同的几个区段，仍需要一定的后期处理。
4.亮度传感器法
这类方法在摄像头上加装亮度传感器，根据采集到的亮度进行相应预处理。但在焊接过程中，焊点位置一直在变化，对亮度传感器的角度持续变化，使其检测值处于一个动态误差之中，也不易达到理想的强光抑制。
发明内容
(一)技术问题
本申请所针对的技术问题主要为：
1.准确地判断电焊弧光的强度，进行针对性地强光抑制；
2.在日常光线(无电弧时)与电弧最强之间的所有光度进行适当地连续地抑制；
3.消除焊点位置变化对光学系统的误差影响；
4.简化摄像系统的算法及硬件需求，得到亮度均一，不闪动的摄像画面。
(二)技术方案
一种用于电焊监控的工业摄像头，包括摄像头，安装在摄像头前端的滤光盘，控制盒以及摄像头调节盒，所述滤光盘上设有多个不同浓度的滤光片，滤光片布置在滤光盘外缘周向，滤光片与摄像头的镜头光路重合或平行，摄像头可透过滤光片拍摄电焊时的图像，所述滤光盘可转动，任一时刻仅有一个滤光片与摄像头的镜头光路重合；
所述控制盒测量电焊设备工作时产生的电流，根据电流强度实时控制滤光盘转动，使得合适浓度的滤光片遮挡摄像头的镜头；
所述摄像头调节盒用于调整摄像头的空间姿态。
所述滤光片为一组，包括多个从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片。
所述滤光片为多组，每组都有从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片，每组的最高浓度滤光片的浓度不同。
所述电焊设备包括焊枪，电焊机，所述焊枪与电焊机之间通过线缆连接，所述焊枪用于焊接工件，所述控制盒电连接摄像头以及非接触式电表，非接触式电表用于测量电焊机工作时的电流。
所述控制滤光盘转动的为步进电机，所述步进电机与所述控制盒电连接。
非接触式电表检测线缆中的电流，控制盒中的控制器通过检测到的电流与电焊机设定的最大电流进行比较，通过公式计算或数据库查表，推算出最合适的滤光片，并驱动滤光盘转动切换。
同一组中，不同浓度的滤光片的面积大小不同。
所述摄像头调节盒内部底部固定有微型电机，所述微型电机的输出轴连接旋转盘一侧，所述旋转盘另一侧固定两个套筒，每个所述套筒内滑动连接有伸缩杆，所述伸缩杆一端伸出所述摄像头调节盒，并与摄像头固定座连接，所述摄像头固定座与摄像头滑动座之间通过燕尾槽导轨相连，所述摄像头固定在摄像头滑动座上。
所述摄像头固定座上设有燕尾槽，所述摄像头滑动座设有燕尾导轨，所述燕尾槽两端设有限位机构。
所述限位机构包括设置在燕尾槽端部的限位板，所述限位板的一端与燕尾槽端部一侧通过转轴连接，所述限位板的另一端固定连接有限位螺丝。
(三)有益效果
1、本方案通过对电焊线缆电学参数的检测替代了亮度传感器，克服了摄像角度等环境因素对强光抑制的影响，同时采用滤光盘系统，准确地切换接入的滤光片，使无论是否有强光，画面的亮度总是大体一致。该方案无须后期调整，减少了对处理器和其他硬件的需求，同时结构简单可靠，成本低。
2、本申请中的摄像头调节盒可以调节摄像头的高低位置，前后位置以及摆动角度，从而对摄像头的空间姿态进行全方位的调整，而本申请中实现空间姿态调整的结构简单可靠，便于实现。
附图说明
图1为根据本申请的系统图；
图2为图1中滤光盘的正视图，其中虚线示出的圆形为摄像头镜头正对的区域；
图3为摄像头调节盒内部结构示意图；
图4为限位机构放大图；
图5为摄像头调节盒后侧散热示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图1-2所示，一种用于电焊监控的工业摄像头，包括摄像头1，安装在摄像头1前端的滤光盘3，控制盒10以及摄像头调节盒9，所述滤光盘3上设有多个不同浓度的滤光片2，滤光片2布置在滤光盘3外缘周向，滤光片2与摄像头1的镜头光路重合或平行，摄像头可透过滤光片拍摄电焊时的图像，所述滤光盘3可转动，任一时刻仅有一个滤光片2与摄像头1的镜头光路重合；
所述控制盒10测量电焊设备工作时产生的电流，根据电流强度实时控制滤光盘3转动，使得合适浓度的滤光片遮挡摄像头的镜头；
所述摄像头调节盒9用于调整摄像头的空间姿态。
所述滤光片为一组，包括多个从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片。
所述滤光片为多组，每组都有从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片，每组的最高浓度滤光片的浓度不同。
单组滤光片时，在最理想的情况下，电焊光达到最强时，正好使用浓度最高的滤光片，待电焊结束后，强光马上消失，此时滤光盘只需再转一格即达到透明或直通，切换效率最高。
但也会出现一种情况，就是用了电流较小的电焊机，其最大亮度并不需要最高浓度的滤光片，而如果这样的电焊机停止焊接后，滤光盘要么继续正转跨过后面的最高浓度滤过片(此时摄像画面会黑屏)，要么倒转多格回到透明片，调节的速度不理想。
因此可以进一步地，设置多组滤光片，每组的浓度区间不同。
但同时滤光片越多，也被动地造成滤光盘越大，控制滤光盘转动的电机相应也要增大，整个设备体积和重量会增大。
进一步地，同一组中，不同浓度的滤光片的面积大小不同。
这是因为，电弧稳定之后，其亮度是稳定的，而在起弧与灭弧的过程中亮度变化较大，因此不同浓度的滤光片接入摄像系统中的使用率是不同的，因此应根据使用率的排序或反向排序设置不同浓度的滤光片的具体大小。
所述电焊设备包括焊枪5，电焊机7，所述焊枪5与电焊机7之间通过线缆6连接，所述焊枪5用于焊接工件4，所述控制盒10电连接摄像头1以及非接触式电表8，非接触式电表8用于测量电焊机工作时的电流。
非接触式电表，其检测线缆上的电学参数，电流、电压等参数都可以用非接触式电表检测，例如福禄克公司的非接触电压电流测试仪。
所述控制滤光盘3转动的为步进电机，所述步进电机与所述控制盒10电连接。
如图3-4所示，所述摄像头调节盒9内部底部固定有微型电机25，所述微型电机25的输出轴连接旋转盘24一侧，所述旋转盘24另一侧固定两个套筒26，每个所述套筒26内滑动连接有伸缩杆20，所述伸缩杆20一端伸出所述摄像头调节盒9，并与摄像头固定座23连接，所述摄像头固定座23与摄像头滑动座22之间通过燕尾槽导轨相连，所述摄像头1固定在摄像头滑动座22上。
进一步的，所述摄像头调节盒9顶部设有密封盖11，所述伸缩杆20穿过所述密封盖11与摄像头固定座23连接，密封盖11保证工作时灰尘不进入所述摄像头调节盒9内部。
如图4所示，所述摄像头固定座23上设有燕尾槽15，所述摄像头滑动座22设有燕尾导轨16，所述燕尾槽15两端设有限位机构，所述限位机构防止燕尾导轨脱落，同时维修时方便将摄像头整体取下。
所述限位机构包括设置在燕尾槽15端部的限位板18，所述限位板18的一端与燕尾槽端部一侧通过转轴17连接，所述限位板18的另一端固定连接有限位螺丝19。
如图5所示，所述摄像头调节盒9后侧设有散热窗13，所述散热窗13上通过螺钉14固定有滤网12。
本申请的工作原理如下：
电弧光的产生，主要是由于电焊机开始焊接时产生的电流(未起弧时无电流)，非接触式电表(电流、电压等参数都可以用非接触式电表检测)响应时间极快，与强光的产生为相同时间，其可以马上检测出起弧，控制盒根据读取的非接触式电表检测的数据，相应地控制滤光盘的步进电机运动。
同时，电焊机可以设定其最大电流值，可以认为，电流值最大时，电弧达到最强，因此本申请进一步地：
非接触式电表检测线缆中的电流，控制盒中的控制器通过检测到的电流与电焊机设定的最大电流进行比较，通过公式计算或数据库查表，推算出最合适的滤光片，并驱动滤光盘转动切换。
电流未达到最大值时，其产生的亮度与电流是正相关的，但不一定是成正比的，可以在控制盒的控制器是设定一个经验公式，使特定的电流与相应的滤光片对应起来，也可以内置一个数据库，根据事先测定的电流与光度的实际对应关系进行查表推算，再驱动滤光片切换。
当滤光片为多组时，可以由控制器根据算法或查表控制，使每次强光抑制总是完全使用一组滤光片中的最大浓度，进而防止电焊结束时需要转过多个滤光片，使得调节速度不理想。
当然上述过程，也可以用非接触式电表检测电压或电容电感等其他参数，并同样相应地设计，因为焊接起弧时的电学参数都有类同的瞬间变化，都可以达到加速响应速度的目的。
相比较于现有技术中均是采用亮度传感器进行测量感光范围，在电弧发亮后，其亮度变化极大(但因为都超过了人眼的可接受范围而并不容易感觉到这种变化)，直接采用亮度传感器等方案，首先是亮度传感器的响应时间在强光发出之后，经过控制器处理已经较慢，同时要检测大的光度区间，也需要多个不同的传感器，效能较低。
其中，摄像头调节盒9的调节原理如下：
微型电机25转动，带动旋转盘24转动，旋转盘24带动伸缩杆20转动，两个伸缩杆20带动摄像头固定座23转动，从而调整摄像头1的摆动角度。
由于伸缩杆20可以在套筒26内滑动，从而可以手动调节伸缩杆20的长度，从而调节摄像头1的高度。
由于燕尾槽15两端都设有限位机构，因此可以选择较长的限位螺丝19，从而在前后两个方向上对燕尾导轨16在燕尾槽内的位置进行限定，例如如果想要让摄像头1更靠近拍摄物体，则旋拧前侧的限位螺丝19，使得前侧的限位螺丝19不抵接燕尾导轨16，从而可以使得摄像头向前移动，移动位置合适后，再把后侧的限位螺丝19向前旋拧，使得后侧的限位螺丝顶紧燕尾导轨16后端面，从而前后两侧的限位螺丝19均顶紧燕尾导轨16，使得调节后摄像头1的位置保持固定。
所述微型电机25可以电连接控制盒10，也可以单独控制。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电焊监控的工业摄像头，包括摄像头(1)，安装在摄像头(1)前端的滤光盘(3)，控制盒(10)以及摄像头调节盒(9)，所述滤光盘(3)上设有多个不同浓度的滤光片(2)，滤光片(2)布置在滤光盘(3)外缘周向，滤光片(2)与摄像头(1)的镜头光路重合或平行，摄像头可透过滤光片拍摄电焊时的图像，所述滤光盘(3)可转动，任一时刻仅有一个滤光片(2)与摄像头(1)的镜头光路重合；
所述控制盒(10)测量电焊设备工作时产生的电流，根据电流强度实时控制滤光盘(3)转动，使得合适浓度的滤光片遮挡摄像头的镜头；
所述摄像头调节盒(9)用于调整摄像头的空间姿态。
2.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述滤光片为一组，包括多个从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片。
3.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述滤光片为多组，每组都有从透明或空框直到浓度最高的浓度依次加深的多个滤光片，每组的最高浓度滤光片的浓度不同。
4.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述电焊设备包括焊枪(5)，电焊机(7)，所述焊枪(5)与电焊机(7)之间通过线缆(6)连接，所述焊枪(5)用于焊接工件(4)，所述控制盒(10)电连接摄像头(1)以及非接触式电表(8)，非接触式电表(8)用于测量电焊机工作时的电流。
5.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述控制滤光盘(3)转动的为步进电机，所述步进电机与所述控制盒(10)电连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：非接触式电表检测线缆中的电流，控制盒中的控制器通过检测到的电流与电焊机设定的最大电流进行比较，通过公式计算或数据库查表，推算出最合适的滤光片，并驱动滤光盘转动切换。
7.根据权利要求3所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：同一组中，不同浓度的滤光片的面积大小不同。
8.根据权利要求1所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述摄像头调节盒(9)内部底部固定有微型电机(25)，所述微型电机(25)的输出轴连接旋转盘(24)一侧，所述旋转盘(24)另一侧固定两个套筒(26)，每个所述套筒(26)内滑动连接有伸缩杆(20)，所述伸缩杆(20)一端伸出所述摄像头调节盒(9)，并与摄像头固定座(23)连接，所述摄像头固定座(23)与摄像头滑动座(22)之间通过燕尾槽导轨相连，所述摄像头(1)固定在摄像头滑动座(22)上。
9.根据权利要求8所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述摄像头固定座(23)上设有燕尾槽(15)，所述摄像头滑动座(22)设有燕尾导轨(16)，所述燕尾槽(15)两端设有限位机构。
10.根据权利要求9所述的一种用于电焊监控的工业摄像头，其特征在于：所述限位机构包括设置在燕尾槽(15)端部的限位板(18)，所述限位板(18)的一端与燕尾槽端部一侧通过转轴(17)连接，所述限位板(18)的另一端固定连接有限位螺丝(19)。
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| CN116978104A (zh) * | 2023-08-11 | 2023-10-31 | 泰智达(北京)网络科技有限公司 | 一种人脸识别系统 |
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