一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置及其使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置及其使用方法。該裝置包括可觀測(cè)水箱、排水導(dǎo)光通路、可移動(dòng)工作臺(tái)架、電弧割炬、高速相機(jī)、背景光源、高速攝像光路角度調(diào)節(jié)裝置。切割時(shí)，可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)其上被切割工件運(yùn)動(dòng)，其余部分相對(duì)位置不變。背景光源發(fā)出的高亮度平行光依次通過(guò)排水導(dǎo)光通路、水、可移動(dòng)工作臺(tái)架、工件割口、電弧區(qū)域、排水導(dǎo)光通路進(jìn)入高速相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割過(guò)程的觀測(cè)。本發(fā)明解決了水下熔化極電弧切割電弧時(shí)常沒(méi)入工件表面以下致使對(duì)切割過(guò)程觀測(cè)困難的難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水下熔化極電弧切割過(guò)程的觀測(cè)，有助于研究該方法切割機(jī)理，提高該方法切割質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于熱切割領(lǐng)域，具體涉及一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)方法及
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]熔化極電弧切割作為一種高效、低成本的切割方式在水下作業(yè)中有良好的應(yīng)用前景。熔化極電弧切割過(guò)程伴隨著熔滴過(guò)渡，割口和電弧形態(tài)隨時(shí)變化。對(duì)該過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)和分析進(jìn)而進(jìn)行控制對(duì)提高切割過(guò)程穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割具有重要意義。但熔化極電弧切割過(guò)程中電弧時(shí)常進(jìn)入工件內(nèi)部，通常的觀測(cè)方法對(duì)觀測(cè)切割過(guò)程中電弧及割口區(qū)域無(wú)能為力。各種熔化極電弧切割目前在生產(chǎn)中主要為半自動(dòng)切割方式作業(yè)，針對(duì)切割過(guò)程的傳感研究目前未見(jiàn)報(bào)道。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?01410220889.4和201410536060.5的已公開(kāi)專(zhuān)利介紹了兩種水下濕式焊接觀測(cè)裝置及方法。不過(guò)由于焊接時(shí)電弧位于工件上方，而熔化極電弧切割時(shí)電弧經(jīng)常伸入工件內(nèi)部，所以上述用于水下焊接的專(zhuān)利無(wú)法用于水下電弧切割過(guò)程的觀測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置及其使用方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0006]—種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，包括背景光源1、排水導(dǎo)光通路12，排水導(dǎo)光通路Π 3、可觀測(cè)水箱4、可移動(dòng)工作臺(tái)架5、電弧割炬6、高速相機(jī)9與角度調(diào)節(jié)裝置;所述排水導(dǎo)光通路12設(shè)置在所述可觀測(cè)水箱4的底角處，所述排水導(dǎo)光通路Π 3設(shè)置于與排水導(dǎo)光通路12所處底角相對(duì)的頂角處;所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3向著電弧7切割區(qū)域的方向斜向延升一段距離;所述排水導(dǎo)光通路12的伸出可觀測(cè)水箱4的一端設(shè)有所述背景光源I，所述排水導(dǎo)光通路Π 3的伸出可觀測(cè)水箱4的一端設(shè)有所述高速相機(jī)9，背景光源I與高速相機(jī)9的安裝位置可互為對(duì)調(diào)，所述背景光源I與所述高速相機(jī)9處于同一直線上;所述可移動(dòng)工作臺(tái)架5、電弧割炬6置于可觀測(cè)水箱內(nèi)部，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架包括連接長(zhǎng)桿與馬蹄形板，所述連接長(zhǎng)桿一端連接驅(qū)動(dòng)器，其另一端與馬蹄形板連接，所述馬蹄形板上安放有工件8，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)工件8移動(dòng)從而進(jìn)行位置調(diào)節(jié);所述可觀測(cè)水箱4固定安裝在所述角度調(diào)節(jié)裝置上。
[0007]進(jìn)一步地，所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3可為實(shí)心透明材質(zhì)或者一端密封的空心管，并且該密封端為透明密封端。
[0008]進(jìn)一步地，所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3的端面距離為30-150mm。
[0009]進(jìn)一步地，所述角度調(diào)節(jié)裝置的角度調(diào)節(jié)范圍為30°?80°。
[0010]進(jìn)一步地，所述高速相機(jī)9配有減光片和濾光片，以減少弧光影響，獲得清晰的圖像。
[0011]進(jìn)一步地，所述角度調(diào)節(jié)裝置包括水箱安置臺(tái)14、支座15、圓弧通槽16、半圓形的角度調(diào)節(jié)板17;所述可觀測(cè)水箱4安裝固定于水箱安置臺(tái)14，所述水箱安置臺(tái)14固定安裝于所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板17上，所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板17通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述支座15上，所述旋轉(zhuǎn)軸12與可觀測(cè)水箱4的底面平行;所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板17的側(cè)面開(kāi)有一定弧度的圓弧通槽16，所述支座15與所述圓弧通槽16相應(yīng)的部位設(shè)有螺紋孔，所述圓弧通槽16上插有鎖緊螺栓13，所述鎖緊螺栓13的螺紋端旋緊在所述支座15上的螺紋孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)半圓形的角度調(diào)節(jié)板位置的固定。
[0012]進(jìn)一步地，所述角度調(diào)節(jié)裝置為旋轉(zhuǎn)臺(tái)10，所述可觀測(cè)水箱4固定安裝在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)10上，所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)10帶動(dòng)所述可觀測(cè)水箱4旋轉(zhuǎn)。
[0013]進(jìn)一步地，還包括一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置的使用方法，包括如下步驟，
[0014]S1.將工件8放在可移動(dòng)工作臺(tái)5架上并固定；
[0015]S2.通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置與半圓形的角度調(diào)節(jié)板17調(diào)節(jié)高速相機(jī)9、背景光源1、排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3所形成高速攝像光路的傾斜角度；；
[0016]S3.調(diào)整電弧割炬6和可移動(dòng)工作臺(tái)5的位置，使高速攝像光路在電弧割炬6切割時(shí)能順利通過(guò)工件割口電弧7區(qū)域；
[0017]S4.觀察高速相機(jī)9獲得的圖像，調(diào)節(jié)減光片、濾光片、光圈、焦距等參數(shù)以獲取清晰、亮度適中的圖像；
[0018]S5.將可觀測(cè)水箱加滿水，啟動(dòng)高速相機(jī)9，打開(kāi)切割電源并開(kāi)始切割;可移動(dòng)工作臺(tái)架5帶動(dòng)工件8移動(dòng)，割口連續(xù)形成，通過(guò)高速相機(jī)9實(shí)現(xiàn)對(duì)割口及電弧7區(qū)域的觀測(cè)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:1.排水導(dǎo)光通路可減少高速攝像光路上介質(zhì)為水部分長(zhǎng)度，減少水對(duì)高速攝像的不利影響，受作業(yè)環(huán)境的影響小。2.適用于多種水下熔化極切割方式；3.高速相機(jī)配有減光片和濾光片，能夠減少弧光影響，采集圖像頻率高，圖像清晰。4.裝置可靠性高，操作安全方便;可克服割絲伸入工件內(nèi)部所帶來(lái)的觀察困難
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]圖1為本發(fā)明的原理不意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的觀測(cè)水箱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中的標(biāo)號(hào)是:1.背景光源；2.排水導(dǎo)光通路I; 3.排水導(dǎo)光通路Π ; 4.可觀測(cè)水箱;5.可移動(dòng)工作臺(tái)架;6.電弧割炬;7.電弧;8.工件;9.高速相機(jī);10.旋轉(zhuǎn)臺(tái)；11.透明密封蓋；12.旋轉(zhuǎn)軸；13.鎖緊螺栓；14.水箱安置臺(tái)；15.支座；16.圓弧通槽；17.半圓形的角度調(diào)節(jié)板。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0026]實(shí)施例1
[0027]如圖1-2所示，一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，包括背景光源1、排水導(dǎo)光通路12，排水導(dǎo)光通路Π 3、可觀測(cè)水箱4、可移動(dòng)工作臺(tái)架5、電弧割炬6、高速相機(jī)9與角度調(diào)節(jié)裝置。所述排水導(dǎo)光通路12設(shè)置在所述可觀測(cè)水箱4的底角處，所述排水導(dǎo)光通路Π 3設(shè)置于與排水導(dǎo)光通路12所處底角相對(duì)的頂角處。所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π3向著電弧7切割區(qū)域的方向斜向延升一段距離。所述排水導(dǎo)光通路12的伸出可觀測(cè)水箱4的一端設(shè)有所述背景光源I，所述排水導(dǎo)光通路Π 3的伸出可觀測(cè)水箱4的一端設(shè)有所述高速相機(jī)9，背景光源I與高速相機(jī)9的安裝位置可互為對(duì)調(diào)，所述背景光源I與所述高速相機(jī)9處于同一直線上。所述可移動(dòng)工作臺(tái)架5、電弧割炬6置于可觀測(cè)水箱內(nèi)部，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架包括連接長(zhǎng)桿與馬蹄形板，所述連接長(zhǎng)桿一端連接驅(qū)動(dòng)器，其另一端與馬蹄形板連接，所述馬蹄形板上安放有工件8，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)工件8移動(dòng)從而進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，在切割時(shí)可讓背景光源I通過(guò)所述可移動(dòng)工作臺(tái)架5底部的鏤空部分。所述可觀測(cè)水箱4固定安裝在所述角度調(diào)節(jié)裝置上。
[0028]如圖1所示，高速相機(jī)9、背景光源10與排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π3所成高速攝像光路通過(guò)工件割口并與工件呈一定角度，高速攝像光路與工件交點(diǎn)在電弧7處。切割時(shí)，可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)其上被切割工件運(yùn)動(dòng)，其余部分相對(duì)位置不變。背景光源發(fā)出的高亮度平行光依次通過(guò)排水導(dǎo)光通路12、水、可移動(dòng)工作臺(tái)架5、工件割口、電弧區(qū)域與排水導(dǎo)光通路Π 3進(jìn)入高速相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割過(guò)程的觀測(cè)。
[0029]所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π3可為實(shí)心透明材質(zhì)或者一端密封的空心管，并且該密封端為透明密封端。所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3的材質(zhì)優(yōu)選為透明玻璃。其作用是減少高速攝像光路上介質(zhì)為水部分長(zhǎng)度，減少水對(duì)高速攝像的不利影響。
[0030]所述排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3的端面距離取決于切割工藝及觀測(cè)角度，優(yōu)選為30-150mm。所述高速相機(jī)9配有減光片和濾光片，以減少弧光影響，獲得清晰的圖像。
[0031]實(shí)施例2
[0032]所述角度調(diào)節(jié)裝置為旋轉(zhuǎn)臺(tái)10，所述可觀測(cè)水箱4固定在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)10上。所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)10帶動(dòng)所述可觀測(cè)水箱4旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)軸平行于所述可觀測(cè)水箱4的底部平面。通過(guò)觀測(cè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)10能夠調(diào)節(jié)高速相機(jī)9、背景光源1、排水導(dǎo)光通路12、排水導(dǎo)光通路Π3所形成高速攝像光路與工件之間的觀測(cè)角度，并且該觀測(cè)角度的調(diào)節(jié)范圍為30°?80°。
[0033]實(shí)施例3
[0034]所述角度調(diào)節(jié)裝置包括水箱安置臺(tái)14、支座15、圓弧通槽16、半圓形的角度調(diào)節(jié)板17。所述可觀測(cè)水箱4安裝固定于水箱安置臺(tái)14，水箱安置臺(tái)14固定安裝在所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板17上，所述角度調(diào)節(jié)板17通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述支座15上，所述旋轉(zhuǎn)軸12與可觀測(cè)水箱4的底面平行。所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板17的側(cè)面開(kāi)有一定弧度的圓弧通槽16，所述支座15與所述通槽16相應(yīng)的部位設(shè)有螺紋孔，所述圓弧通槽16上插有鎖緊螺栓13，所述鎖緊螺栓13的螺紋端旋緊在所述支座15上的螺紋孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)半圓形的角度調(diào)節(jié)板位置的固定。通過(guò)所述角度調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)高速相機(jī)9、背景光源1、排水導(dǎo)光通路12、排水導(dǎo)光通路Π 3與工件之間的觀測(cè)角度，并且該觀測(cè)角度的調(diào)節(jié)范圍為30°?80°。
[0035]—種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置的使用方法，包括如下步驟，
[0036]S1.將工件8放在可移動(dòng)工作臺(tái)5的臺(tái)架上并固定。
[0037]S2.通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置與半圓形的角度調(diào)節(jié)板17調(diào)節(jié)高速相機(jī)9、背景光源1、排水導(dǎo)光通路12與排水導(dǎo)光通路Π 3所形成高速攝像光路的傾斜角度；
[0038]S3.調(diào)整電弧割炬6和可移動(dòng)工作臺(tái)5的位置，使高速攝像光路在電弧割炬6切割時(shí)能順利通過(guò)工件割口電弧區(qū)域。
[0039]S4.觀察相機(jī)獲得的圖像，調(diào)節(jié)減光片、濾光片、光圈、焦距等參數(shù)以獲取清晰、亮度適中的圖像。
[0040]S5.將可觀測(cè)水箱加滿水，啟動(dòng)高速攝像，打開(kāi)切割電源并開(kāi)始切割;可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)工件移動(dòng)，割口連續(xù)形成，通過(guò)高速相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)割口及電弧區(qū)域的觀測(cè)。
[0041]所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，包括背景光源(I)、排水導(dǎo)光通路1(2)，排水導(dǎo)光通路Π (3)、可觀測(cè)水箱(4)、可移動(dòng)工作臺(tái)架(5)、電弧割炬(6)、高速相機(jī)(9)與角度調(diào)節(jié)裝置;所述排水導(dǎo)光通路1(2)設(shè)置在所述可觀測(cè)水箱(4)的底角處，所述排水導(dǎo)光通路Π (3)設(shè)置于與排水導(dǎo)光通路1(2)所處底角相對(duì)的頂角處;所述排水導(dǎo)光通路1(2)與排水導(dǎo)光通路Π (3)向著電弧(7)切割區(qū)域的方向斜向延升一段距離;所述排水導(dǎo)光通路1(2)的伸出可觀測(cè)水箱(4)的一端設(shè)有所述背景光源(I)，所述排水導(dǎo)光通路Π(3)的伸出可觀測(cè)水箱(4)的一端設(shè)有所述高速相機(jī)(9)，所述背景光源(I)與所述高速相機(jī)(9)處于同一直線上，且安裝位置可互為對(duì)調(diào);所述可移動(dòng)工作臺(tái)架(5)、電弧割炬(6)置于可觀測(cè)水箱內(nèi)部，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架包括連接長(zhǎng)桿與馬蹄形板，所述連接長(zhǎng)桿一端連接驅(qū)動(dòng)器，其另一端與馬蹄形板連接，所述馬蹄形板上安放有工件(8)，所述可移動(dòng)工作臺(tái)架帶動(dòng)工件(8)移動(dòng)從而進(jìn)行位置調(diào)節(jié);所述可觀測(cè)水箱(4)固定安裝于所述角度調(diào)節(jié)裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，所述排水導(dǎo)光通路1(2)與排水導(dǎo)光通路Π (3)可為實(shí)心透明材質(zhì)或者一端密封的空心管，并且該密封端為透明密封端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，所述排水導(dǎo)光通路I(2)與排水導(dǎo)光通路Π (3)的端面距離為30-150mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)方法及裝置，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)裝置的角度調(diào)節(jié)范圍為30°?80°。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，所述高速相機(jī)(9)配有減光片和濾光片，以減少弧光影響，獲得清晰的圖像。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)裝置包括水箱安置臺(tái)(14)、支座(15)、圓弧通槽(16)、半圓形的角度調(diào)節(jié)板(17);所述可觀測(cè)水箱(4)安裝固定于水箱安置臺(tái)(14)，所述水箱安置臺(tái)(14)固定安裝在所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板(17)上，所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板(17)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸(12)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在所述支座(15)上，所述旋轉(zhuǎn)軸(12)與可觀測(cè)水箱(4)的底面平行;所述半圓形的角度調(diào)節(jié)板(17)的側(cè)面開(kāi)有一定弧度的圓弧通槽(16)，所述支座(15)與所述圓弧通槽(16)相應(yīng)的部位設(shè)有螺紋孔，所述圓弧通槽(16)上插有鎖緊螺栓(13)，所述鎖緊螺栓(13)的螺紋端旋緊在所述支座(15)上的螺紋孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)半圓形的角度調(diào)節(jié)板位置的固定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置，其特征在于，所述可觀測(cè)水箱(4)通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置固定在水箱安置臺(tái)(14)，所述角度調(diào)節(jié)裝置為旋轉(zhuǎn)臺(tái)(10)，所述可觀測(cè)水箱(4)固定安裝在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)(10)上，所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)(10)帶動(dòng)所述可觀測(cè)水箱(4)旋轉(zhuǎn)。8.—種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的水下熔化極電弧切割高速攝像觀測(cè)裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟， S1.將工件(8)放在可移動(dòng)工作臺(tái)(5)的臺(tái)架上并固定； S2.通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置與半圓形的角度調(diào)節(jié)板(17)調(diào)節(jié)高速相機(jī)(9)、背景光源(1)、排水導(dǎo)光通路1(2)與排水導(dǎo)光通路Π (3)所形成高速攝像光路的傾斜角度； S3.調(diào)整電弧割炬(6)和可移動(dòng)工作臺(tái)(5)的位置，使高速攝像光路在電弧割炬(6)切割時(shí)能順利通過(guò)工件割口電弧區(qū)域； S4.觀察高速相機(jī)(9)獲得的圖像，調(diào)節(jié)減光片、濾光片、光圈、焦距等參數(shù)以獲取清晰、亮度適中的圖像； S5.將可觀測(cè)水箱加滿水，啟動(dòng)高速相機(jī)(9)，打開(kāi)切割電源并開(kāi)始切割;可移動(dòng)工作臺(tái)架(5)帶動(dòng)工件(8)移動(dòng)，割口連續(xù)形成，通過(guò)高速相機(jī)(9)實(shí)現(xiàn)對(duì)割口及電弧區(qū)域的觀測(cè)。
【文檔編號(hào)】B23K9/32GK105834550SQ201610316115
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】黎文航, 李澤新, 王加友, 王儉辛, 楊峰, 朱杰
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)