气保焊枪出气状态可视化系统及其可视化方法技术方案

本发明专利技术提供一种气保焊枪出气状态可视化系统及其可视化方法，其气保焊枪出气子系统通过供气装置、加热温控装置向气保焊枪提供一定流量和温度的检测气体并由气保焊枪喷出形成出气气流；其出气状态光学检测子系统通过以Z字形分布的点光源、第一凹面镜、第二凹面镜和遮挡片组成检测光路，对出气气流进行检测，使点光源发出并经第一凹面镜反射成为平行光线的检测光在穿过检测气体时，在检测气体分子的作用下发生折射，再经第二凹面镜的反射形成聚焦光影，聚焦光影被遮挡片遮挡部分后被其检测信息采集成像子系统中的摄像机捕捉，并转变为电信号发送给信息处理装置处理后由显示器显示出气流的状态影像，完成气保焊枪出气状态的可视化表达。

【技术实现步骤摘要】
气保焊枪出气状态可视化系统及其可视化方法
本专利技术涉及一种气保焊枪出气状态可视化系统及其可视化方法，属于焊接装备设计制造

技术介绍
气体保护焊是电弧焊的一种，是指在保护气体的保护下，以电弧作为热源，利用空气放电的物理现象，将电能转换为焊接所需的热能和机械能，从而达到连接金属的目的。电弧焊是目前应用最为广泛、最为重要的熔焊方法，占焊接生产总量的60％以上。气保焊枪是气体保护焊设备中的核心部件之一，在进行气体保护焊接时，焊接保护气从气保焊枪中喷出，对焊接区及焊接电弧进行保护。气体保护焊的实践证明，焊接保护气只有均匀、呈层流状从气保焊枪中喷出，才能有效保护焊接区域和焊接电弧，而只有形成稳定的电弧，才能保证焊接的质量。焊接保护气由焊接气路供给，因此，焊接保护气路的设计和气路的质量，决定了焊接保护气供给的质量。气路设计不好或供气质量不好的典型标志是外界氧气的卷入，造成焊道的发黑氧化。此外，由于气体保护焊工作时通常需要使用多种类型的气体，包括保护气、离子气、送粉气等，因此，气保焊枪中相应的气路管道比较多、焊枪结构比较复杂，在这种情况下，要做到保护气与离子气层流、送粉气对层流不产生干扰或少干扰，就必须对气保焊枪的出口气体状态进行有效的观察控制，及时调整各种气体的供给情况，以此保证焊接的质量。现有技术中，进行气体保护焊时，对于气保焊枪出口气体状态的判断，主要是通过焊接效果试验来进行的，然而，这种通过焊接效果进行气保焊枪出口气体状态的分析判断方法通常很难把握问题的关键，不容易找到出现问题的症结，因而很难找准问题并有效及时地解决问题，从而影响了气体保护焊接设备研究开发的速度及其效果。事实证明，只有通过对气保焊枪出口气体状态进行有效的观测检查，才能保证焊枪生产的一致性，提高气保焊枪生产的合格率、确保产品的质量。因此，为了保证气保焊枪的质量，确保焊枪气路良好，出气形态、流速、层流分配符合规定要求，需要对气保焊枪的气道进行优化设计，并对出厂产品进行严格的质量检测，而要达到这一目的，首先要实现气保焊枪出口气体状态的可视化观测。然而，众所周知，常用的氩气、氦气、二氧化碳气等这类焊接保护气体都是无色透明的、通常状态下是不可见的。为了使保护气体可见，在一些场合，有人利用液氮或干冰将水汽凝结成水雾，或者利用烟饼产生烟雾以帮助对保护气体进行观测，但是，由于焊接保护气体的流量通常为10～20L/min，气体在这样高速的流动情况下，采用上述方法进行观测，其效果不佳；此外，液氮或干冰这类超低温的气体对焊接设备也有影响，而烟饼之类还可能对焊接设备造成损害，并污染环境周围。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术实施例一方面提供一种气保焊枪出气状态可视化系统，另一方面，提供一种气保焊枪出气状态的可视化方法，目的在于：通过本专利技术提供的气保焊枪出气状态可视化系统及其可视化方法，将气保焊枪的出气状态进行可视化表达，从而实现对气保焊枪出气状态的直接观测，以便优化气保焊枪的结构设计、控制气保焊枪的产品质量、方便快捷调整气保焊枪的工作状态，保证焊接的质量。为达上述目的，本专利技术实施例提供如下的技术方案：一种气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于，包括：气保焊枪出气子系统、出气状态光学检测子系统、检测信息采集成像子系统；所述气保焊枪出气子系统包括供气装置、加热温控装置和气保焊枪，所述供气装置与所述加热温控装置连接，所述加热温控装置通过气路与所述气保焊枪连接；所述出气状态光学检测子系统包括点光源、第一凹面镜、第二凹面镜和遮挡片，所述第一凹面镜与所述第二凹面镜平行设置在所述气保焊枪枪口的两侧，所述点光源设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的一则，所述遮挡片设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的另一则，所述点光源与所述第一凹面镜、所述第二凹面镜和所述遮挡片之间呈Z字形分布，所述检测信息采集成像子系统包括摄像机、信息处理装置和显示器，所述摄像机设置在所述遮挡片的后方，所述摄像机的镜头对准所述第二凹面镜的镜面，且所述摄像机与所述信息处理装置信息联通，所述信息处理装置同时与所述显示器信息联通；所述供气装置的将检测气体送入所述加热温控装置内进行加热，经加热后的所述检测气体从所述气保焊枪的枪口中喷出形成穿越所述第一凹面镜与所述第一凹面镜连线的出气气流；所述点光源射出光线经所述第一凹面镜上反射成为平行光线，所述平行光线穿过所述出气气流时经所述出气气流内的气体分子折射后形成折射光线到达所述第二凹面镜的镜面，所述第二凹面镜反射所述折射光线到达所述遮挡片处聚焦形成聚焦光影；所述聚焦光影的一部分被所述遮挡片遮挡，所述聚焦光影的另一部分进入所述摄像机的镜头后转变成为电信号发送给所述信息处理装置，所述信息处理装置将所述电信号处理后发送给所述显示器显示出所述出气气流状态的影像。进一步的，所述点光源包括发光体、凸透镜和光阑，所述发光体通电后发出散射光线，所述散射光线经所述凸透镜聚光后从所述光阑的狭缝中射出打在所述第一凹面镜上反射成为平行光线。进一步的，所述发光体为LED灯，所述LED灯的功率为10～20W。进一步的，所述第一凹面镜的焦距与所述第二凹面镜的焦距相同。进一步的，所述出气气流的温度为50～150℃，所述出气气流的流量为0～20L/min。进一步的，所述供气装置包括气瓶和流量计，所述加热温控装置包括加热枪和温控器，所述气瓶通过所述流量计与所述加热枪连接，所述加热枪通过气路与所述气保焊枪连接，所述温控器与所述加热枪连接。进一步的：所述加热枪的外壳为不锈钢筒体，所述不锈钢筒体内包含加热丝，所述加热丝通电后发热用以加热通过所述加热枪的检测气体；所述温控器与所述加热枪串接，所述温控器用于控制所述加热枪的加热功率，进而控制流出所述加热枪的所述检测气体温度。进一步的，所述摄像机为CCD/CMOS摄像机或高速摄像机。进一步的，所述信息处理装置通过图像处理软件对所述摄像机送给的所述电信号进行线性对比度扩展和均匀化处理。一种使用上述气保焊枪出气状态可视化系统进行的气保焊枪出气状态可视化的方法，其特征在于，包括如下步骤：建立所述气保焊枪出气子系统，具体包括：将所述供气装置与所述加热温控装置连接，将所述加热温控装置与所述气保焊枪连接；或将所述供气装置中的所述气瓶与所述供气装置中的所述流量计进行连接，将所述流量计与所述加热温控装置中的所述加热枪连接，将所述加热枪通过气路与所述气保焊枪连接，且将所述加热温控装置中的所述温控器与所述加热枪连接；建立出气状态光学检测子系统，具体包括：将所述第一凹面镜与所述第二凹面镜平行设置在所述气保焊枪枪口的两侧；将所述点光源设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的一则，将所述遮挡片设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的另一则，使所述点光源与所述第一凹面镜、所述第二凹面镜和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于，包括：/n气保焊枪出气子系统、出气状态光学检测子系统、检测信息采集成像子系统；/n所述气保焊枪出气子系统包括供气装置、加热温控装置和气保焊枪，所述供气装置与所述加热温控装置连接，所述加热温控装置通过气路与所述气保焊枪连接；/n所述出气状态光学检测子系统包括点光源、第一凹面镜、第二凹面镜和遮挡片，所述第一凹面镜与所述第二凹面镜平行设置在所述气保焊枪枪口的两侧，所述点光源设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的一则，所述遮挡片设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的另一则，所述点光源与所述第一凹面镜、所述第二凹面镜和所述遮挡片之间呈Z字形分布，/n所述检测信息采集成像子系统包括摄像机、信息处理装置和显示器，所述摄像机设置在所述遮挡片的后方，所述摄像机的镜头对准所述第二凹面镜的镜面，且所述摄像机与所述信息处理装置信息联通，所述信息处理装置同时与所述显示器信息联通；/n所述供气装置的将检测气体送入所述加热温控装置内进行加热，经加热后的所述检测气体从所述气保焊枪的枪口中喷出形成穿越所述第一凹面镜与所述第一凹面镜连线的出气气流；/n所述点光源射出光线经所述第一凹面镜上反射成为平行光线，所述平行光线穿过所述出气气流时经所述出气气流内的气体分子折射后形成折射光线到达所述第二凹面镜的镜面，所述第二凹面镜反射所述折射光线到达所述遮挡片处聚焦形成聚焦光影；/n所述聚焦光影的一部分被所述遮挡片遮挡，所述聚焦光影的另一部分进入所述摄像机的镜头后转变成为电信号发送给所述信息处理装置，所述信息处理装置将所述电信号处理后发送给所述显示器显示出所述出气气流状态的影像。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于，包括：
气保焊枪出气子系统、出气状态光学检测子系统、检测信息采集成像子系统；
所述气保焊枪出气子系统包括供气装置、加热温控装置和气保焊枪，所述供气装置与所述加热温控装置连接，所述加热温控装置通过气路与所述气保焊枪连接；
所述出气状态光学检测子系统包括点光源、第一凹面镜、第二凹面镜和遮挡片，所述第一凹面镜与所述第二凹面镜平行设置在所述气保焊枪枪口的两侧，所述点光源设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的一则，所述遮挡片设置在所述第一凹面镜与所述第二凹面镜连线的另一则，所述点光源与所述第一凹面镜、所述第二凹面镜和所述遮挡片之间呈Z字形分布，
所述检测信息采集成像子系统包括摄像机、信息处理装置和显示器，所述摄像机设置在所述遮挡片的后方，所述摄像机的镜头对准所述第二凹面镜的镜面，且所述摄像机与所述信息处理装置信息联通，所述信息处理装置同时与所述显示器信息联通；
所述供气装置的将检测气体送入所述加热温控装置内进行加热，经加热后的所述检测气体从所述气保焊枪的枪口中喷出形成穿越所述第一凹面镜与所述第一凹面镜连线的出气气流；
所述点光源射出光线经所述第一凹面镜上反射成为平行光线，所述平行光线穿过所述出气气流时经所述出气气流内的气体分子折射后形成折射光线到达所述第二凹面镜的镜面，所述第二凹面镜反射所述折射光线到达所述遮挡片处聚焦形成聚焦光影；
所述聚焦光影的一部分被所述遮挡片遮挡，所述聚焦光影的另一部分进入所述摄像机的镜头后转变成为电信号发送给所述信息处理装置，所述信息处理装置将所述电信号处理后发送给所述显示器显示出所述出气气流状态的影像。


2.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：所述点光源包括发光体、凸透镜和光阑，所述发光体通电后发出散射光线，所述散射光线经所述凸透镜聚光后从所述光阑的狭缝中射出打在所述第一凹面镜上反射成为平行光线。


3.如权利要求2所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：所述发光体为LED灯，所述LED灯的功率为10～20W。


4.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：所述第一凹面镜的焦距与所述第二凹面镜的焦距相同。


5.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：所述出气气流的温度为50～150℃，所述出气气流的流量为0～20L/min。


6.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：
所述供气装置包括气瓶和流量计，所述加热温控装置包括加热枪和温控器，所述气瓶通过所述流量计与所述加热枪连接，所述加热枪通过气路与所述气保焊枪连接，所述温控器与所述加热枪连接。


7.如权利要求6所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：
所述加热枪的外壳为不锈钢筒体，所述不锈钢筒体内包含加热丝，所述加热丝通电后发热用以加热通过所述加热枪的检测气体；
所述温控器与所述加热枪串接，所述温控器用于控制所述加热枪的加热功率，进而控制流出所述加热枪的所述检测气体温度。


8.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：所述摄像机为CCD/CMOS摄像机或高速摄像机。


9.如权利要求1所述的气保焊枪出气状态可视化系统，其特征在于：
所述信息处理装置通过图像处理软件对所述摄像机送给的所述电信号进行线性对比度扩展和均匀化处理。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，赵克勇，杨琛，闫子奇，张淼，
申请(专利权)人：华智焊测高科苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32