CN219113142U - 一种应用于电弧焊的实时观测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于电弧焊的实时观测装置，主要包括工业相机、工业镜头、窄带滤光片、多组激光器、光纤和激光控制器。本实用新型能够在电弧焊过程中观测熔池状态、熔滴形态和电弧形态等信息；通过激光器控制器使多组激光器依次循环照明，解决单个激光大功率长时间工作造成的发热问题，解决行业技术难题；利用单波段激光对所拍摄的熔池部分进行照明，通过发射与电弧光同等强度的光，减弱电弧起弧和熄弧时明暗变化对工业相机成像亮度的影响；通过窄带滤光片，消除其他波段光对工业相机拍摄效果的干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于电弧焊的实时观测装置，属于焊接观测设备技术领域。
背景技术
随着科技的不断进步，焊接技术得到了迅速发展，其在工业生产线中的比重逐步提高。为了观测焊接质量，需要通过摄像头获取焊接熔池的观测图像。焊接熔池视觉图像中含有丰富的焊接质量信息,利用视觉传感器获取熔池图像，可以得到如熔滴、熔池、电弧等的实时形态信息，进而可以进行焊接质量的实时监测与评估。
由于焊接电弧的弧光强度非常强，易造成摄像头中的感光单元曝光度过高,所以需要在摄像头上使用深色滤镜,以减少摄像头进光量,但这样获取到的观测图像均为深暗色图像,极大地影响了画面质量。
在现有的一些方案中，我们发现可以采用在镜头前安装窄带滤光片并通过激光照明的方式进行熔池相机的拍摄，但在实际应用中还存在一些问题：由于电弧弧光强度较大，需要激光器发出较大功率的激光，而在实际焊接作业中(尤其是在应用于电弧增材领域时)，由于焊接时间较长，激光器发热现象更加明显。
实用新型内容
本实用新型提供一种应用于电弧焊的实时观测装置，能够实时拍摄电弧焊过程中熔池状态、熔滴形态、电弧形态等信息，同时解决激光器发热问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种应用于电弧焊的实时观测装置，包括至少两个激光器、用于控制激光器依次循环交替发射激光的激光器控制器、与焊枪固定连接的相机支架和固定安装在相机支架上的工业相机，所有激光器发出的激光相交于焊枪的焊丝尖端，工业相机的工业镜头正对焊枪的焊丝尖端且工业镜头与焊枪的焊丝尖端之间设置有窄带滤光片。
具体地，每个激光器均连接有光纤，光纤远离激光器的一端设置有光纤接头，激光器发出的激光经过光纤和光纤接头后相交于焊枪的焊丝尖端。
具体地，当工业相机与焊枪的焊丝尖端的间距大于200mm时，光纤接头的前端依靠扩束镜外壳装有扩束镜。
具体地，窄带滤光片与焊枪的焊丝尖端之间的相机支架上设置有保护镜片。
具体地，激光器的激光波长在远离电弧光光谱中的峰值区域且在工业相机的感光芯片光谱中的灵敏区域。优选激光颜色可以为红光、蓝光等。
具体地，激光采用的红光时优选的波长为600nm至650nm。
具体地，窄带滤光片的中心波长与激光器所发出的单色光中心波长相同。
具体的，相机支架安装后应保证相机是从一个视野不会被焊枪大面积遮挡，但是又能自上而下看到熔池形态的角度对熔池进行实时拍摄。
与现有技术对比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型设置的工业相机和激光器克服了焊接过程中电弧光明暗差异大对实时监测的影响，通过大功率激光照明，能够使工业相机清晰的观测电弧焊过程中熔池状态、熔滴形态、电弧形态等信息，在降低激光功率后能够实时观测电弧形态并保存视频做后续分析处理；通过激光器控制器使得多组激光器依次循环照明，解决了单个激光大功率长时间工作造成的发热问题，解决行业技术难题；利用单波段激光对所拍摄的熔池部分进行照明，通过发射与电弧光同等强度的光，减弱电弧起弧和熄弧时明暗变化对工业相机成像亮度的影响；通过窄带滤光片，消除其他波段光对工业相机拍摄效果的干扰。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型照明光路示意图；
图3为本实用新型光纤接头和扩束镜的连接示意图。
图中：1、相机支架，2、工业相机，3、窄带滤光片，4、激光器，5、光纤接头，6、光纤，7、保护镜片，8、工业镜头，9、激光器控制器，10、焊枪，11、工业机器人，12、扩束镜，13、扩束镜外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1至图3所示，本实用新型实施例提供的一种应用于电弧焊的实时观测装置，包括工业相机2、工业镜头8、窄带滤光片3、四个激光器4、光纤6和激光器控制器9。电弧焊常采用工业机器人11进行自动化焊接，在工业机器人11的输出端安装焊枪10。本实用新型的工业相机2位于焊枪10侧方，工业相机2固定在相机支架1上，而相机支架1固定在焊枪10上，这样可确保焊接过程中工业相机2物距固定(工业相机2到焊枪10末端焊丝的距离可看作该使用例中使用的物距，当相机支架1固定在焊枪10上后，工业相机2到焊枪10的焊丝尖端的位置也会被固定，此时物距确定，在本实施例中物距为200mm，这个距离在不同应用中可任意更改)。当工业相机与焊枪的焊丝尖端的间距大于200mm时，需要在光纤接头5前端设置扩束镜12，扩束镜12通过扩束镜外壳13固定在光纤接头5的前端。图1中为了清楚地展示工业相机2、窄带滤光片3和光纤接头5等结构，故对其结构进行了放大处理，并省略了相机支架1和焊枪10之间的连接结构。
工业相机2与待电弧焊的工件夹角在35°到55°为佳，此时工业相机2的成像效果最好。视野不会被焊枪大面积遮挡，但是又能自上而下看到熔池形态的角度都是可以的。工业相机2前方装有工业镜头8，帮助相机实现成像。
激光器4的激光波长在远离电弧光光谱中的峰值区域且在工业相机2的感光芯片光谱中的灵敏区域。
优选激光颜色可以为红光、蓝光等。具体地，激光采用的红光时优选的波长为600nm至650nm。这样激光可以为工业相机2提供良好照明的同时，不干扰工业相机2感光。
激光器控制器9能够通过脉冲顺序分配器，依次循环点亮所连接的四个激光器4，激光器4的数量至少为两个。本实施例为了避免单个激光器4长时间工作导致明显发热，影响照明效果(当激光器4过热时，激光器4的输出功率会出现断层式较小，且长期出于过热状态工作，会减少激光器4使用寿命，甚至直接烧坏激光器4中的半导体)，所以设置了四个激光器4。这种方式原理可以参考CD4017芯片实现的流水灯电路。
当多个激光器4被依次点亮后，激光可通过光纤6将单一波长的激光传输到光纤6出光口，在光纤6出光口处安装有光纤接头5，光纤接头5通过相机支架1固定在工业相机2四周。相机支架1为高散热性的金属材料制成，用于支撑和固定工业相机2前端的所有结构。
由于工业相机2和焊枪10位置相对固定，当物距明确后，可根据物距反推出光纤接头5安装角度，确保激光汇聚于一点，即焊枪10的焊丝尖端，此点为焊枪10末端或焊枪10末端向下偏移一段距离的位置(偏移距离取决于在焊接过程中焊枪10前端露出的焊丝长度)，为工业相机2提供照明。由于激光交汇于同一点，当若干激光交替照明时，能够保持对工业相机2所拍摄位置进行持续照明。工业镜头8和焊枪10的焊丝尖端之间相机支架1上依次装有窄带滤光片3和保护镜片7，保护镜片7采用透光率高的材料制成，如石英玻璃。窄带滤光片3中心波长需要与激光器4所发出的单色光中心波长一致，用于滤除其他干扰光线。保护镜片7位于相机支架1最前端，用于保护工业相机2前端结构，避免焊接过程中产生的飞溅物对工业相机2前端结构造成破坏。
使用时：相机支架1能够跟随焊枪10的移动而移动，因此工业相机2与焊枪10的焊丝尖端之间的相对距离保持不变，工业相机2可以持续对焦；激光器控制器9控制四个激光器4依次循环发射激光，射出的激光经光纤6和光纤接头5照射在焊枪10的焊丝尖端上，为工业相机2提供照明，由于是多个激光器4循环交替工作，避免了单一激光器4长时间工作发热甚至损坏，通过大功率激光照明能够清晰的观测电弧焊过程中熔池状态、熔滴形态、电弧形态等信息。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，包括至少两个激光器(4)、用于控制激光器(4)依次循环交替发射激光的激光器控制器(9)、与焊枪(10)固定连接的相机支架(1)和固定安装在相机支架(1)上的工业相机(2)，所有激光器(4)发出的激光相交于焊枪(10)的焊丝尖端，所述工业相机(2)的工业镜头(8)正对焊枪(10)的焊丝尖端且工业镜头(8)与焊枪(10)的焊丝尖端之间设置有窄带滤光片(3)。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，每个所述激光器(4)均连接有光纤(6)，所述光纤(6)远离激光器(4)的一端设置有光纤接头(5)，所述激光器(4)发出的激光经过光纤(6)和光纤接头(5)后相交于焊枪(10)的焊丝尖端。
3.根据权利要求2所述的一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，当所述工业相机(2)与焊枪(10)的焊丝尖端的间距大于200mm时，所述光纤接头(5)的前端依靠扩束镜外壳(13)装有扩束镜(12)。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，所述窄带滤光片(3)与焊枪(10)的焊丝尖端之间的相机支架(1)上设置有保护镜片(7)。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，所述激光器(4)的激光波长在远离电弧光光谱中的峰值区域且在工业相机(2)的感光芯片光谱中的灵敏区域。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电弧焊的实时观测装置，其特征在于，所述窄带滤光片(3)的中心波长与激光器(4)所发出的单色光中心波长相同。
Priority Applications (1)
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| CN202223470147.6U CN219113142U (zh) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 一种应用于电弧焊的实时观测装置 |
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Publications (1)
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| CN219113142U true CN219113142U (zh) | 2023-06-02 |
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Family Applications (1)
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| CN202223470147.6U Active CN219113142U (zh) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 一种应用于电弧焊的实时观测装置 |
Country Status (1)
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2022
- 2022-12-23 CN CN202223470147.6U patent/CN219113142U/zh active Active
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