检测焊接温度场用电荷耦合器件图象传感器制造技术

检测焊接温度场用电荷耦合器件图象传感器，涉及一种（ＣＣＤ）图象传感器的结构设计。本实用新型专利技术主要包括数字摄像机，不同波长的两种干涉滤光片，用于驱动干涉滤光片切换的步进电机，其特征在于在步进电机的轴上装有一转盘，所述不同波长的两种干涉滤光片交替均匀的放置在转盘上，在所述转盘的圆周上开有与干涉滤光片相对应的缺口，该传感器还包括一个与缺口相配合来使转盘实现定位的反射型光电开关。本实用新型专利技术由于采用了开有缺口的转盘结构，使缺口与反射型光电开关相配合来使转盘实现准确定位。因此，该传感器可在单光路中实现对两种干涉滤光片的快速、准确的切换，而且不易损坏，具有结构合理、运行可靠、使用寿命长的优点。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种图象传感器，尤其涉及一种检测焊接温度场用的电荷耦合器件(CCD)图象传感器的结构设计，属于焊接工艺及设备自动化
目前，现有技术中对于焊接温度场的研究有两个方面的途径，一是建立在传热学理论基础上的温度场计算，二是实际测量焊接温度场。就总体而言，由于焊接传热过程十分复杂，要解一个非线性解析方程的解是十分困难的。所进行的数学分析几乎都是在材料热物理性质不随温度变化的假定条件下进行的，也都假定焊接热源集中在一点上。由于这些假设并不符合焊接的实际情况，因此使数学分析的各种焊接传热计算不能得到满意的结果，这是数学分析法的最大弊端。对于焊接温度场的实际测量，主要有热电偶测温法和红外辐射测温法。热电偶测温是最经典的高温测量方法，有较高的测温精度，直到现在还被经常采用。但是这种方法用于测量某点的温度很合适，对于测量温度场有较大困难。而红外辐射测温是一种非接触测温方法，是靠接收热物体发出的红外辐射来测量物体温度的。红外辐射与电磁波一样是以光速传播的，因此红外辐射测温的速度只取决于测温仪器自身的响应时间。辐射测温的另一个优点是很容易实现温度场的测量，并易于利用其测量结果进行焊接过程实时控制。为了消除辐射测温中距离及材料辐射系数的影响，必须要采用比色测温法。即是在传感器的光路中交替的放入两种具有不同波长的干涉滤光片，来获取两幅图象，再将这两幅图象进行比较而最后得到所需的焊接温度场的图象。比色测温传感器在光路结构上有两种方案可供选择，即单通道型和双通道型。所谓双通道型是指热辐射体的辐射束被分光后分别通过两路的滤光片后入射到两个数字摄像机上。而单通道型是指通过在同一个光路上切换不同的两组滤光片来得到的。双通道型响应较快，不需转动切换装置，但光路复杂不便调整，成本也高。单通道型其结构紧凑，系统稳定性较高，且光路结构简单便于调整。但是由于要在光路上切换滤光片，所以速度较慢。但与温度场的热惯性相比要小得多，因此在比色测温传感器上使用完全没有问题。但是对于滤光片的切换，如何准确定位，快速切换，也是必须解决的问题。苏勇在其学位论文“焊接温度场的图象比色检测系统”(清华大学博士学位论文，1993年8月)中采用比色测温法，利用图象采集卡作为CCD图象传感器与计算机的接口。焊接开始后，由安置在工件背面的CCD图象传感器将焊缝背面的温度场图象采集下来，存入图象采集卡，然后传送给计算机。所用的传感器就是采用单通道型。它实现在同一个光路上切换不同的两组滤光片，其结构及工作过程如下在一个扇形板上装有两个不同波长的干涉滤光片，由步进电机的正反转来带动扇形板左右摆动，使两种干涉滤光片交替的转入和转出光路。扇形板摆到左右两侧的定位是利用光电发射管和光电接收管来实现的，当扇形板摆到左侧时，扇形板就挡在左侧的光电发射管和光电接收管之间，使光电接收管接收不到信号，系统以此作为使电机停止转动的信号。该结构的不足之处在于在整个检测过程中，为了实现在同一个光路上切换不同的两组滤光片，扇形板必须一直左右摆动；扇形板在左右两侧停下来是靠光电信号电路。显然这种结构长期使用容易出现松动、损坏等问题，例如若光电信号电路出现故障，扇形板就会重击在两侧的壁上，使结构受到损坏；光电发射管和光电接收管也还有一个安装定位的问题，对于干涉滤光片的快速准确切换，这也是一个隐患。本技术的目的是通过如下技术方案实现的一种检测焊接温度场用的电荷耦合器件图象传感器，主要包括数字摄像机，不同波长的两种干涉滤光片，用于驱动干涉滤光片切换的步进电机，其特征在于在步进电机的轴上装有一转盘，所述两种波长的干涉滤光片交替均匀放置在转盘上，在所述转盘的圆周上开有与干涉滤光片相对应的缺口，该传感器还包括一个与缺口相配合来使转盘实现定位的反射型光电开关。所述转盘上交替均匀放置有两种四个滤光片；所述步进电机和数字摄像机分别安装在转盘的两侧。本技术由于采用了开有缺口的转盘结构，在转盘上可交替均匀放置不同波长的两种干涉滤光片，使缺口与反射型光电开关相配合来使转盘实现准确定位。因此，该传感器可在单光路中实现对两种干涉滤光片的快速、准确的切换，而且不易损坏，具有结构合理、运行可靠、使用寿命长等优点。图2为转盘的结构示意图。图3为附图说明图1中的A-A剖面图。图4为图1中的B-B剖面图。图5为现有技术中焊缝背面温度场检测及控制系统流程框图。为了使所研制的CCD图象传感器能具体实施，必须有相应配套的执行机构(如图5所示)。被焊接的工件放置在一个导轨上，导轨可以带着工件沿直线运动。焊炬在工件的上方，传感器被安装在工件的下方，其中心线与水平线成一定的角度。在焊接过程中，焊炬及传感器固定不动，工件以确定的焊接速度沿直线向前移动。为了使所研制的CCD图象传感器能具体实施，还必须有一套计算机图象采集，处理及控制系统。系统采用图象采集卡作为CCD图象传感器与计算机的接口。焊接开始后，由安置在工件背面的CCD图象传感器将焊缝背面的温度场图象采集下来，存入图象采集卡，然后传送给计算机。计算机又向步进电机3发出指令，驱动转盘10转动，同时计算机对从图象卡传送来的温度场的图象进行比较处理，最终根据所得到的误差值控制焊接电源，调整焊接电流，实现对背面焊缝的熔透及熔宽的控制。权利要求1.一种检测焊接温度场用电荷耦合器件图象传感器，主要包括数字摄像机，不同波长的两种滤光片，用于驱动干涉滤光片切换的步进电机，其特征在于在步进电机的轴上装有一转盘，所述不同波长的两种干涉滤光片交替均匀放置在转盘上，在所述转盘的圆周上开有与干涉滤光片相对应的缺口，该传感器还包括一个与缺口相配合来使转盘实现定位的反射型光电开关。2.按照权利要求1所述的电荷耦合器件图象传感器，其特征在于所述的转盘上交替均匀放置有两种四个滤光片。3.按照权利要求1或2所述的电荷耦合器件图象传感器，其特征在于所述步进电机和数字摄像机分别安装在转盘的两侧。专利摘要检测焊接温度场用电荷耦合器件图象传感器，涉及一种(CCD)图象传感器的结构设计。本技术主要包括数字摄像机，不同波长的两种干涉滤光片，用于驱动干涉滤光片切换的步进电机，其特征在于在步进电机的轴上装有一转盘，所述不同波长的两种干涉滤光片交替均匀的放置在转盘上，在所述转盘的圆周上开有与干涉滤光片相对应的缺口，该传感器还包括一个与缺口相配合来使转盘实现定位的反射型光电开关。本技术由于采用了开有缺口的转盘结构，使缺口与反射型光电开关相配合来使转盘实现准确定位。因此，该传感器可在单光路中实现对两种干涉滤光片的快速、准确的切换，而且不易损坏，具有结构合理、运行可靠、使用寿命长的优点。文档编号G01J5/60GK2529223SQ02204910公开日2003年1月1日 申请日期2002年3月1日 优先权日2002年3月1日专利技术者王克争, 何方殿 申请人:清华大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测焊接温度场用电荷耦合器件图象传感器，主要包括数字摄像机，不同波长的两种滤光片，用于驱动干涉滤光片切换的步进电机，其特征在于：在步进电机的轴上装有一转盘，所述不同波长的两种干涉滤光片交替均匀放置在转盘上，在所述转盘的圆周上开有与干涉滤光片相对应的缺口，该传感器还包括一个与缺口相配合来使转盘实现定位的反射型光电开关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王克争，何方殿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]