一种焊接熔池的观测装置

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种焊接熔池的观测装置。


背景技术：

2.随着科技的不断进步，焊接技术得到了迅速发展，机器人自动化焊接技术当下被大量应用于工业生产中，传统的机器人自动化焊接生产中常常采用固定程序的焊接工序，对于焊接过程中产生的焊瘤、飞溅、气孔等焊接缺陷问题难以发现。通常发现焊接缺陷问题的时候已经焊接完成，没有及时的反馈、调整环节会大大降低自动化焊接生产效率。
3.在执行焊接操作时，使用视频采集设备能够给自动焊接机器人安装上一双眼睛，不但能够记录焊接时的各种状况，还能够在出现问题时做出调节。
4.但是，本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：
5.现阶段的焊接观测相机体积较大，不便于安装在焊枪上，而相机一旦不能随机器人移动，就无法应用于较大运动范围的焊接机器人上。另外相机体积较大会影响焊枪的可达性，对于空间狭小的焊接件就无法进行操作。
6.另外，由于焊接电弧的弧光强度极大，极易使摄像头上的感光单元过饱和，进而在对应的感光元件位置处呈现白色图像，导致焊接弧光附近大面积曝光，无法识别焊接熔池附近的图像信息，现有技术通常是在摄像头上使用深色滤镜，以减少摄像头可使用的光量，但这样的图像获取方式，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。
7.目前一般的相机不能在正常光状态和焊接强光下的两种场景中自由切换。一般相机想要清楚的观测熔池的变化，需要配备特殊的光学镜片才能达到观测要求。这样就要求相机具备在常态和焊接两种场景中自由切换镜片的功能。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焊接熔池的观测装置，以解决现有技术中焊接观测相机不能在正常光状态和焊接强光下的两种场景中自由切换的技术问题。
9.为了实现上述目的，本发明提供了一种焊接熔池的观测装置，包括摄像机构、滤光组件、旋转机构以及摄像冷却机构，其中：所述摄像机构，用于通过所述滤光组件获取焊接熔池的观测图像；所述滤光组件，用于滤除所述焊接熔池的观测图像中指定波长的焊接电弧光；所述旋转机构，安装在所述摄像机构上且与所述滤光组件相连接，用于通过旋转带动所述滤光组件转动，以将所述滤光组件置于所述摄像机构前方；所述摄像冷却机构，设置在所述摄像机构上，通过所述摄像冷却机构内部的循环气流带走所述摄像机构产生的热量。
10.优选地，所述摄像机构包括镜头保护壳、安装壳、尖锥镜头和工业cmos 相机，所述尖锥镜头上远离尖锥端的端部可拆卸设置在所述安装壳内，所述安装壳内部安装有所述工业cmos相机，所述尖锥镜头位于所述工业cmos相机的前端，所述镜头保护壳为两端开口的中空结构且套设在所述尖锥镜头的外围且所述镜头保护壳与所述安装壳可拆卸连接，所述旋转机构能带动所述滤光组件转动至关闭或打开所述镜头保护壳上远离所述安装壳的端
部开口的位置。优选地，所述安装壳上设置有嵌入部，所述嵌入部能嵌入所述镜头保护壳上远离所述滤光组件的端部开口内且所述嵌入部与所述镜头保护壳之间通过螺栓形成可拆卸连接。
11.优选地，所述滤光组件包括镜片开合盖以及设置在所述镜片开合盖上的白玻璃、灰度减光镜和红外滤光镜，所述灰度减光镜设置在所述红外滤光镜的前方，所述白玻璃设置在所述灰度减光镜的前方，所述镜片开合盖与所述旋转机构相连接。
12.优选地，所述镜片开合盖包括依次可拆卸连接的第一镜片开合盖体、第二镜片开合盖体和第三镜片开合盖体，所述第一镜片开合盖体上设置有用于安装所述白玻璃的第一安装槽，所述第二镜片开合盖体上设置有用于安装所述灰度减光镜的第二安装槽，所述第三镜片开合盖体上设置有用于安装所述红外滤光镜的第三安装槽，所述第三镜片开合盖体与所述旋转机构相连接，且所述第一安装槽、所述第二安装槽和所述第三安装槽相连通。
13.优选地，所述摄像冷却机构包括冷却壳体，所述冷却壳体内部形成容纳冷却气体的腔体，所述冷却壳体可拆卸安装在所述安装壳上且所述冷却壳体上设置有冷却气进口和冷却气出口，所述冷却气进口连接气源。
14.优选地，所述旋转机构包括气动推杆和安装座，所述安装座安装在所述冷却壳体和所述镜头保护壳上，所述安装座内开设有允许所述气动推杆穿过的安装部，所述气动推杆能穿过所述安装部与所述滤光组件相连接。
15.优选地，所述安装座包括第一安装座体和第二安装座体，所述第一安装座体安装在所述冷却壳体上，所述第二安装座体安装在所述镜头保护壳上，所述安装部包括开设在所述第一安装座体的允许所述气动推杆穿过的第一通孔和开设在所述第二安装座体上的允许所述气动推杆穿过的第二通孔，所述气动推杆能穿过所述第一通孔伸入至所述第二通孔内且能穿出所述第二通孔与所述滤光组件连接。
16.优选地，所述气动推杆包括固定部和设置在所述固定部内的活动部，所述第二通孔内设置有内螺纹，所述固定部的部分区段上设置有外螺纹，所述固定部穿过所述第一通孔后伸入至所述第二通孔内且与所述第二通孔形成螺纹连接，所述活动部上伸出所述第二通孔的端部与所述滤光组件相连接。
17.优选地，所述活动部上伸出所述第二通孔的端部固定有连接件，所述滤光组件上设置有与所述连接件配合的配合部；所述配合部包括配合本体和中间连接部，所述滤光组件通过所述中间连接部与所述配合本体形成固定连接，所述中间连接部与所述第二安装座体活动连接，所述配合本体上设置有活动长槽，所述配合本体与所述连接件之间通过设置在所述活动长槽内的销轴形成活动连接。
18.本发明提供的焊接熔池的观测装置，通过滤光组件过滤焊接强光，达到相机可正常成像程度，焊接强光状态下，通过旋转机构能带动滤光组件转动，以将所述滤光组件置于所述摄像机构前方，从而能够过滤强光观测熔池，避免了摄像头的感光元件过饱和导致的焊接电弧附近区域曝光的现象发生，同时，提高了焊接熔池观测图像的画面质量；正常光环境下能通过旋转机构将滤光组件拿开，也就是说正常光环境下在摄像机构前方不需要放置滤光组件。并且通过摄像冷却机构内部的循环气流能带走所述摄像机构产生的热量，保证在高温环境下摄像机构的正常工作。本发明中的观测装置整体体积较小，便于安装在焊接机器人末端焊枪附近位置，对焊枪的可达性影响减少，易于散热，且不会占用较多的焊接机
器人负载，具有较好的实用性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例提供的焊接熔池的观测装置的一张结构示意图；
21.图2是本发明实施例提供的焊接熔池的观测装置的另一张结构示意图；
22.图3是本发明实施例提供的焊接熔池的观测装置的结构分解示意图；
23.图4是本发明实施例提供的焊接熔池的观测装置的工作安装示意图。
24.附图标记：1、摄像机构；11、镜头保护壳；12、安装壳；121、嵌入部； 13、尖锥镜头；14、工业cmos相机；2、滤光组件；21、镜片开合盖；211、第一镜片开合盖体；212、第二镜片开合盖体；213、第三镜片开合盖体；22、白玻璃；23、灰度减光镜；24、红外滤光镜；3、摄像冷却机构；31、冷却壳体； 32、冷却气进口；33、冷却气出口；4、旋转机构；41、气动推杆；411、固定部；412、活动部；42、第一安装座；421、第一通孔；43、第二安装座；431、第二通孔；5、连接件；6、配合部；61、配合本体；62、中间连接部；7、数据线接头；8、三通接头；9、焊枪；10、电磁阀。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.正如背景技术，现阶段的焊接观测相机体积较大，不便于安装在焊枪上，而相机一旦不能随机器人移动，就无法应用于较大运动范围的焊接机器人上。另外相机体积较大会影响焊枪的可达性，对于空间狭小的焊接件就无法进行操作。另外，由于焊接电弧的弧光强度极大，极易使摄像头上的感光单元过饱和，进而在对应的感光元件位置处呈现白色图像，导致焊接弧光附近大面积曝光，无法识别焊接熔池附近的图像信息，现有技术通常是在摄像头上使用深色滤镜，以减少摄像头可使用的光量，但这样的图像获取方式，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。目前一般的相机不能在正常光状态和焊接强光下的两种场景中自由切换。
29.基于此，参见图1～图4，本发明提供了一种焊接熔池的观测装置，能在正常光状态和焊接强光下的两种场景中切换。该观测装置包括摄像机构1、滤光组件2、旋转机构4以及摄像冷却机构3，其中，摄像机构1，用于通过滤光组件2获取焊接熔池的观测图像，数据线接头7连接到摄像机构1上。滤光组件 2，用于滤除焊接熔池的观测图像中指定波长的焊接电弧光；旋转机构4，安装在摄像机构1上且与滤光组件2相连接，用于通过旋转带动滤光组件2转动，以将滤光组件2置于摄像机构1前方；摄像冷却机构3，设置在摄像机构1上，通过摄像冷却机构3内部的循环气流带走摄像机构1产生的热量。
30.焊接熔池，是熔化焊接时，在焊枪9的作用下，焊件上形成的具有一定形状的液态金属部分；焊接电弧，是焊枪9和焊丝接触并导电后产生的气体放电现象；由于焊接电弧的光谱分布极广，电弧光强度极大，因此，滤光组件2通过吸收指定波长的焊接电弧光，来降低观测图像中的光强度。
31.可选的，在本发明中，摄像机构1包括镜头保护壳11、安装壳12、尖锥镜头13和工业cmos相机14，尖锥镜头13上远离尖锥端的端部可拆卸设置在安装壳12内，安装壳12的前部由细牙螺纹连接尖锥镜头13，安装壳12内部通过粘结的方式安装有工业cmos相机14，尖锥镜头13位于工业cmos相机 14的前端，尖锥镜头13聚焦熔池，便于相机采光成像。镜头保护壳11为两端开口的中空结构且套设在尖锥镜头13的外围，用于保护尖锥镜头13。安装壳 12的前部设有安装孔用于连接镜头保护壳11，本实施例中的镜头保护壳11与安装壳12可拆卸连接，进一步地，安装壳12上设置有嵌入部121，嵌入部121 能嵌入镜头保护壳11上远离滤光组件2的端部开口内且嵌入部121与镜头保护壳11之间通过螺栓形成可拆卸连接。旋转机构4能带动滤光组件2转动至关闭或打开镜头保护壳11上远离安装壳12的端部开口的位置。
32.可选的，在本发明中，滤光组件2包括镜片开合盖21以及设置在镜片开合盖21上的白玻璃22、灰度减光镜23和红外滤光镜24，灰度减光镜23设置在红外滤光镜24的前方，白玻璃22设置在灰度减光镜23的前方，用于保护灰度减光镜23、红外滤光镜24，防止飞溅破坏镜片，灰度减光镜23和红外滤光镜 24过滤焊接强光，达到相机可正常成像程度。
33.本实施例采用红外滤光镜24和衰减度50％的灰度减光镜23组合式滤光系统，有效的对tig、mig等焊接方法产生的强光进行过滤，辅助相机采光成像。
34.镜片开合盖21与旋转机构4相连接。具体的，镜片开合盖21包括依次可拆卸连接的第一镜片开合盖体211、第二镜片开合盖体212和第三镜片开合盖体213，第一镜片开合盖体211上设置有用于安装白玻璃22的第一安装槽，第二镜片开合盖体212上设置有用于安装灰度减光镜23的第二安装槽，第三镜片开合盖体213上设置有用于安装红外滤光镜24的第三安装槽，第三镜片开合盖体213与旋转机构4相连接，且第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽相连通。
35.安装壳12的上部安装有摄像冷却机构3，可选的，在本发明中，摄像冷却机构3包括冷却壳体31，冷却壳体31内部形成容纳冷却气体的腔体，冷却壳体31通过螺栓可拆卸安装在安装壳12上方，并且冷却壳体31上设置有冷却气进口32和冷却气出口33，气动快插接头连接到冷却气进口32和冷却气出口33 上，通过摄像冷却机构3内部的循环气流能带走摄像机构1产生的热量，保证在高温环境下摄像机构1的正常工作。
36.可选的，在本发明中，旋转机构4包括气动推杆41和安装座，安装座安装在冷却壳体31和镜头保护壳11上，安装座内开设有允许气动推杆41穿过的安装部，气动推杆41能穿过安装部与滤光组件2相连接。
37.本实施例中的安装座包括第一安装座42体和第二安装座43体，第一安装座42体安装在冷却壳体31上，第二安装座43体安装在镜头保护壳11上，安装部包括开设在第一安装座42体的允许气动推杆41穿过的第一通孔421和开设在第二安装座43体上的允许气动推杆41穿过的第二通孔431，气动推杆41 能穿过第一通孔421伸入至第二通孔431内且能穿出第二通孔431与滤光组件 2连接。
38.气动推杆41包括固定部411和设置在固定部411内的活动部412，第二通孔431内设置有内螺纹，固定部411的部分区段上设置有外螺纹，固定部411 穿过第一通孔421后伸入至第二通孔431内且与第二通孔431形成螺纹连接，活动部412上伸出通孔431的端部与滤光组件2相连接。
39.具体的，活动部412上伸出第二通孔431的端部固定有连接件5，滤光组件2上设置有与连接件5配合的配合部6；配合部6包括配合本体61和中间连接部62，滤光组件2通过中间连接部62与配合本体61形成固定连接，中间连接部62与第二安装座43体活动连接，配合本体61上设置有活动长槽，配合本体61与连接件5之间通过设置在活动长槽内的销轴形成活动连接。
40.通过三通接头8将焊接保护气分为两路，一路通向焊枪9，一路通向气动推杆41。通过电磁阀10控制镜片开合盖21的开闭，焊接强光环境下闭合镜片 (指的是将过滤组件放置在摄像机构1的前方)能够过滤强光观测熔池；正常光环境下张开镜片(指的是过滤组件不放置在摄像机构1的前方位置)观测熔池。摄像冷却机构3的气流循环由另外气源提供，保证在高温环境下相机正常工作。视频信号输出通过数据线接头7。
41.本发明提供的焊接熔池的观测装置的工作流程具体如下：
42.①
将本发明提供的观测装置固定到焊接机器人上，相机距离焊点直线距离 200
‑‑
300mm之间，同时保证镜头正对焊点位置。
43.②
将数据线接头7连接到外部设备上，用于显示焊接和不焊接两种环境下熔池的状态，用于查验焊接质量实现熔池检测。
44.③
调节镜头焦距，能够清晰地观测到焊丝顶点下方位置，为焊接时熔池的位置，可以更好地观测熔池的状态，记录飞溅、焊瘤等焊接缺陷。
45.④
摄像冷却机构3的气源接通，为焊接环境下熔池观测摄像机构1降温。
46.⑤
机器人控制电磁阀10连通气路，使气动推杆41伸出推动滤光组件2闭合，过滤焊接时的强光，将电磁阀10的控制端口接入到焊接机器人控制柜中，通过焊接机器人的io通讯口控制电磁阀10，将开闭的动作同焊接的过程结合实现自动化控制。
47.⑥
开始焊接，观察熔池变化。
48.⑦
完成焊接，断开电磁阀10，镜片张开，观察焊接完成后的熔池。
49.以上，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。