本發(fā)明涉及焊接電弧壓力測(cè)量領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種基于圖像對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)：

電弧壓力是焊接過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響著焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，焊縫氣體雜質(zhì)、缺陷的形成，焊縫熔深及成形等。當(dāng)采用較大電流時(shí)，加在熔池上的電弧壓力是決定焊道熔深的重要參數(shù)。要得到一定的熔深需要較大的電弧壓力，但是電弧壓力太大則可能引起熔穿等焊接缺陷。在實(shí)際測(cè)量時(shí)很難把各種電弧力嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)，電弧力主要包括電弧靜壓力(電磁收縮力)、電弧動(dòng)壓力(等離子流力)、爆破力、斑點(diǎn)力、熔滴沖擊力等。對(duì)于非熔化極焊接，由于沒(méi)有熔滴過(guò)渡的干擾，電弧力的測(cè)定相對(duì)容易。歸納起來(lái)，測(cè)量非熔化極焊接電弧壓力的方法通常包括傳感器的連續(xù)測(cè)量法、氣壓計(jì)的靜態(tài)測(cè)量法及力平衡法。

用于測(cè)量電弧壓力的傳感器連續(xù)測(cè)量法通常是在電極板上開(kāi)小孔，通過(guò)壓力連接管把電弧沖擊力傳到傳感器，從而把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集處理。這種方法的缺點(diǎn)是由于電弧的熱作用，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量可能會(huì)導(dǎo)致極板上孔的形變從而引起測(cè)量誤差；目前的技術(shù)設(shè)計(jì)操作都不太方便，不能很好地測(cè)量出電弧的壓力分布。由于試驗(yàn)裝置反應(yīng)的滯后性，連續(xù)測(cè)定的曲線發(fā)生了畸變，而且測(cè)定速度越快，畸變?cè)絿?yán)重。

用于測(cè)量電弧壓力的氣壓計(jì)測(cè)量法通常是在極板上開(kāi)測(cè)量孔，氣體沖擊力導(dǎo)致U形玻璃管內(nèi)液柱發(fā)生變化，通過(guò)液柱的變化換算出單位面積上的沖擊力。這種方法的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度不快，難以連續(xù)測(cè)量。

用于測(cè)量電弧壓力的力平衡法測(cè)量多用擺稱(chēng)或平衡桿，一端連接極板用以接受電弧，另一端連接光電編碼器或位移傳感器，該方法通過(guò)杠桿原理將微弱的電弧力放大，因此測(cè)量的精度有所提高；且其力傳導(dǎo)采用剛性連接，避免了傳導(dǎo)介質(zhì)屬性變化造成的系統(tǒng)誤差，測(cè)量準(zhǔn)確性也有所提高。然而目前力平衡法的測(cè)量研究多使用一個(gè)較大的極板以確保散熱，導(dǎo)致只能測(cè)量電弧力的均值，無(wú)法得到力的空間分布狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是技術(shù)問(wèn)題在于，其一，傳感器連續(xù)測(cè)量法中由于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，電弧熱作用引起的極板孔形變問(wèn)題；其二，由于試驗(yàn)裝置反應(yīng)的滯后性導(dǎo)致的不能準(zhǔn)確測(cè)量距電弧的壓力分布問(wèn)題，提供了一種基于圖相對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量裝置與方法，對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使測(cè)量操作更為簡(jiǎn)單。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于圖相對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集控制器、可控制焊接電源、高精度手動(dòng)平移臺(tái)、攝像機(jī)、壓力傳感器、焊炬、水冷極板、電極；所述水冷極板為中空的箱形結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)相對(duì)的壁面分別設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，用于使冷卻水在所述水冷極板內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)；所述水冷極板的上壁和下壁之間連接有內(nèi)設(shè)引導(dǎo)孔的柱體，所述引導(dǎo)孔貫穿所述水冷極板的上壁和下壁；所述水冷極板的下壁設(shè)置有與所述引導(dǎo)孔連通的管螺紋孔，所述管螺紋孔用于連接所述壓力傳感器的探頭；所述水冷極板的下壁設(shè)置有用于連接所述電極的普通螺紋孔；

所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接所述數(shù)據(jù)采集控制器；所述數(shù)據(jù)采集控制器數(shù)據(jù)接收端連接所述壓力傳感器的信號(hào)輸出端，所述數(shù)據(jù)采集控制器的信號(hào)發(fā)出端連接所述可控制焊接電源的信號(hào)接收端；所述可控制電源的負(fù)極連接所述焊炬，所述焊炬發(fā)出的電弧位于所述水冷極板的引導(dǎo)孔上方；所述可控制電源的正極連接所述電極，所述電極連接于水冷極板的下壁；所述壓力傳感器的冷凝管接頭密封連接于所述水冷極板的引導(dǎo)孔下端；所述水冷極板以其下壁固定于所述高精度手動(dòng)平移臺(tái)表面；兩個(gè)所述攝像機(jī)在水平上相互垂直的兩個(gè)方向?qū)?zhǔn)所述水冷極板的引導(dǎo)孔進(jìn)行拍攝，兩個(gè)所述攝像機(jī)均與所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。

其中，所述引導(dǎo)孔的直徑為0.6mm～0.8mm。

其中，所述水冷極板的下壁兩側(cè)分別設(shè)置有耳板，用于通過(guò)螺栓固定于所述高精度手動(dòng)平移臺(tái)的螺紋孔處。

一種利用上述裝置進(jìn)行的基于圖相對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量方法，按照如下步驟進(jìn)行：

(1)開(kāi)啟所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、所述數(shù)據(jù)采集控制器、所述可控制焊接電源、所述高精度手動(dòng)平移臺(tái)、所述攝像機(jī)、所述壓力傳感器；

(2)將所述水冷極板的進(jìn)水口和出水口分別連接進(jìn)水管和出水管，保持所述水冷極板內(nèi)部的冷卻水流動(dòng)；

(3)通過(guò)所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及所述數(shù)據(jù)采集控制器控制所述可控制焊接電源放電0.5～2秒，通過(guò)所述攝像機(jī)觀察所述水冷極板的引導(dǎo)孔位置，調(diào)節(jié)所述高精度型手動(dòng)平移臺(tái)，使所述水冷極板的引導(dǎo)孔位于所述焊炬發(fā)出的電弧中心；

(4)再次通過(guò)所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及所述數(shù)據(jù)采集控制器控制所述可控制焊接電源放電0.5～2秒，電弧穩(wěn)定時(shí)所述攝像機(jī)拍照；此時(shí)所述焊炬發(fā)出的電弧打在所述水冷極板的引導(dǎo)孔處，所述引導(dǎo)孔內(nèi)氣壓變化通過(guò)所述壓力傳感器和所述數(shù)據(jù)采集控制器傳輸給所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并記錄數(shù)據(jù)；

(5)通過(guò)所述高精度型手動(dòng)平移臺(tái)在水平上相互垂直的兩個(gè)方向微調(diào)所述引導(dǎo)孔的位置，重復(fù)步驟(4)測(cè)出沿一個(gè)方向上連續(xù)測(cè)量點(diǎn)的電弧壓力，匯集整理數(shù)據(jù)得出電弧壓力分布。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的電弧壓力分布測(cè)量裝置與方法，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制焊炬起弧時(shí)間，采用瞬間起弧的方式，在0.5～2秒內(nèi)電弧電流即達(dá)到穩(wěn)定，從而有效減小電弧熱作用所引起的引導(dǎo)孔形變以保持測(cè)量精準(zhǔn)度；同時(shí)可以將水冷極板固定于可移動(dòng)平臺(tái)上，操控平臺(tái)使引導(dǎo)孔處于電弧不同位置來(lái)測(cè)量電弧壓力分布，并通過(guò)兩個(gè)垂直方向(即X方向和Y方向)上的攝像機(jī)觀測(cè)引導(dǎo)孔的位置，使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確并且全面。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例中電弧壓力分布測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例中水冷極板的外觀示意圖；

圖3是實(shí)施例中水冷極板的第一全剖視圖；

圖4是實(shí)施例中水冷極板的第二全剖視圖；

圖5是手動(dòng)平移臺(tái)與水冷極板的裝配示意圖。

圖中：1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；2、數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)；3、可控制焊接電源；4、高精度手動(dòng)平移臺(tái)；5、攝像機(jī)；6、壓力傳感器；7、焊炬；8、電??；9、水冷極板；9-1、管螺紋孔；9-2、普通螺紋孔；9-3、引導(dǎo)孔；9-4、柱體；9-5、下壁；9-6、上壁；9-7、左壁；9-8、右壁；9-9、進(jìn)(出)水口；9-10、出(進(jìn))水口；9-11、耳板；9-12、前壁；9-13、后壁；10、電極；11、螺紋孔。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及效果，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種基于圖相對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2、可控制焊接電源3、高精度手動(dòng)平移臺(tái)4、攝像機(jī)5、壓力傳感器6、焊炬7、水冷極板9、電極10。其中，數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2采用NI USB-6002型；高精度手動(dòng)平移臺(tái)4采用PP160-25H型，其臺(tái)面尺寸110m*80mm，驅(qū)動(dòng)方式精研絲杠副，驅(qū)動(dòng)方式側(cè)向驅(qū)動(dòng)，行程25mm，最小刻度0.01mm，最小調(diào)整量2μmm，導(dǎo)軌形式為高精密超薄線性滑軌，承載20kg，直線度2μ，偏擺10”，俯仰10”，臺(tái)面平行度15μ，運(yùn)動(dòng)平行度10μ，自重0.85kg，材料硬鋁，表面處理陽(yáng)極氧化染黑。

如圖2至圖4所示，水冷極板9為長(zhǎng)方體的中空箱形結(jié)構(gòu)，該箱形結(jié)構(gòu)由下壁9-5、上壁9-6、左壁9-7、右壁9-8、前壁9-12、后壁9-13圍成。左壁9-7和右壁9-8上分別設(shè)置有進(jìn)(出)水口9-9和出(進(jìn))水口9-10，進(jìn)(出)水口9-9和出(進(jìn))水口9-10均為管螺紋孔，用于連接進(jìn)水管(出水管)和出水管(進(jìn)水管)，從而使冷卻水在水冷極板9的箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)有效循環(huán)。上壁9-6和下壁9-5之間連接有一個(gè)實(shí)心圓形柱體9-4，該柱體9-4中間設(shè)置有上下貫穿箱體結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)孔9-3，引導(dǎo)孔9-3的直徑在0.6mm～0.8mm范圍內(nèi)。下壁9-5對(duì)應(yīng)于引導(dǎo)孔9-3的位置設(shè)置有管螺紋孔9-1，該管螺紋孔9-1未貫穿下表面壁，用于連接壓力傳感器6的冷凝管，電弧引導(dǎo)孔9-3內(nèi)氣壓的變化通過(guò)冷凝管傳到壓力傳感器6并將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。下壁9-5還設(shè)置有一個(gè)普通螺紋孔9-2，該普通螺紋孔9-2未貫穿下表面壁，用于連接電極10。水冷極板9的上壁9-6是在進(jìn)行測(cè)量時(shí)與焊炬7發(fā)出的電弧22接觸的極板面。前壁9-12的下邊沿處和后壁9-13的下邊沿處分別設(shè)置有兩個(gè)耳板9-11，可用螺絲釘通過(guò)耳板9-11和螺紋孔11將水冷極板9固定于高精度手動(dòng)平移臺(tái)4。

數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2的micro USB接口通過(guò)連接線連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1的USB接口，數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2的數(shù)據(jù)接收端通過(guò)連接線連接壓力傳感器6的信號(hào)輸出端，數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2的信號(hào)發(fā)出端通過(guò)連接線連接可控制焊接電源3的信號(hào)接收端。可控制電源3的負(fù)極連接焊炬7，可控制電源3的正極連接電極10。電極10的接頭設(shè)有外螺紋，可直接連接于水冷極板9的普通螺紋孔9-2。壓力傳感器6的冷凝管的接頭設(shè)有外螺紋，連接于水冷極板9的管螺紋孔9-1，且要求連接后氣密性良好，如通過(guò)加橡膠墊實(shí)現(xiàn)。

如圖5所示，水冷極板9以其下壁9-5固定于高精度手動(dòng)平移臺(tái)4表面，兩者的固定可通過(guò)水冷極板9的耳板9-11與高精度手動(dòng)平移臺(tái)4的螺紋孔11用螺釘連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

再如圖1所示，兩個(gè)攝像機(jī)5在水平略微向下傾斜的兩個(gè)方向(X和Y)上對(duì)準(zhǔn)引導(dǎo)孔9-3進(jìn)行拍攝，俯視效果為X和Y兩個(gè)互相垂直方向，如圖5所示。兩個(gè)攝像機(jī)5均與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。

利用上述裝置的基于圖相對(duì)中短時(shí)起弧的電弧壓力分布測(cè)量方法，其具體步驟如下：

(1)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2、可控制焊接電源3、高精度手動(dòng)平移臺(tái)4、攝像機(jī)5、壓力傳感器6；

(2)水冷極板9的進(jìn)(出)水口9-9和出(進(jìn))水口9-10連接進(jìn)水管(出水管)和出水管(進(jìn)水管)，保持水冷極板9的箱體內(nèi)冷卻水流動(dòng)；

(3)通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1及數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2控制可控制焊接電源3放電0.5～2秒，通過(guò)攝像機(jī)5觀察水冷極板9的引導(dǎo)孔9-3位置，調(diào)節(jié)高精度型手動(dòng)平移臺(tái)4使水冷極板9的引導(dǎo)孔9-3位于焊炬7發(fā)出的電弧22中心；

(4)再次通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1及數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2控制可控制焊接電源3放電0.5～2秒，電弧穩(wěn)定時(shí)攝像機(jī)5拍照；此時(shí)焊炬7發(fā)出的電弧22打在水冷極板9的引導(dǎo)孔9-3處，引起引導(dǎo)孔9-3內(nèi)氣壓的變化，氣壓變化通過(guò)冷凝管傳到壓力傳感器6，壓力傳感器6將壓力信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集控制器(DAQ)2傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1并將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)；

(5)通過(guò)高精度型手動(dòng)平移臺(tái)4微調(diào)在如圖5所示Y方向或X方向上引導(dǎo)孔9-3的位置，重復(fù)步驟(4)測(cè)出沿一個(gè)方向上連續(xù)測(cè)量點(diǎn)的電弧壓力，匯集整理數(shù)據(jù)得出電弧壓力分布。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。