專利名稱：非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種測量電弧光譜強度的裝置和方法。
背景技術：
眾所周知，溫度場是電弧等離子體的重要特性之一。對于柱對稱電弧等離子體溫 度場診斷，由于電弧的對稱性，只需要測得一個方向的電弧輻射譜強度。而對于非對稱電弧 等離子體溫度場診斷問題，基于電弧的非對稱性，非對稱電弧的譜強度不僅與徑向位置有 關，而且與等離子體所處的方位角有關，測量儀器需要從多個角度對非對稱電弧進行測量， 從而獲得其多個角度下的輻射光譜強度分布，然后選擇相應的算法根據多個角度下光譜強 度分布恢復發射系數，最后由光譜診斷的原理計算其溫度場。因此，測得非對稱電弧多個角 度的光譜強度分布是對電弧等離子體進行診斷的重要前提。 目前的現有技術一般是基于整個測量系統旋轉的方式測量其輻射光譜曲線，但是 在實際工作環境中，由于測量系統成像光路較長，占用空間范圍大和系統周圍工作空間的 限制，不適合將這種復雜的系統作為旋轉部分，因此開發了應用于非對稱電弧多角度譜強 度測量的新方法測量裝置固定、焊槍旋轉。這種新方法簡單有效。
發明內容
本發明為了解決現有技術的電弧光譜強度的測量裝置和方法存在裝置不固定而 引起的占用空間大、系統周圍工作空間受限制的問題，提出一種非對稱電弧光譜強度多角 度測量裝置及方法。 非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置，它包括步進電機、減速器、焊槍、CCD攝像 機、窄帶濾光片、透鏡、水冷銅板、焊槍夾板、軸承和計算機，所述減速器由主動齒輪和從動 齒輪組成，步進電機的電機軸插入主動齒輪的中心，主動齒輪與從動齒輪嚙合，焊槍下端插 入軸承的中心，從動齒輪的轉動軸與焊槍上端連接，所述焊槍夾板為"L"形結構，焊槍夾板 由水平面和豎直面組成，軸承固定安裝在焊槍夾板水平面的通孔中，步進電機、減速器固定 在焊槍夾板豎直面上，水冷銅板設置在焊槍的正下方，透鏡、窄帶濾光片和CCD攝像機設置 在焊槍產生的非對稱耦合電弧的側面，且使非對稱耦合電弧產生的電弧等離子體輻射光依 次入射至透鏡、窄帶濾光片和CCD攝像機，CCD攝像機的信號輸出端與計算機的信號輸入端 相連，計算機的信號輸出端與步進電機的信號輸入端相連。
非對稱電弧光譜強度多角度測量方法，具體步驟如下 步驟A、計算機向步進電機發出驅動信號，步進電機帶動主動齒輪轉動所選定固定 角度，主動齒輪帶動從動齒輪轉動相應角度，從動齒輪帶動焊槍轉動； 步驟B、產生非對稱耦合電弧的焊槍靜止后，非對稱耦合電弧產生的電弧等離子體 輻射光通過透鏡和窄帶濾光片，由CCD攝像機采集特征譜強度圖像； 步驟C、返回執行步驟A，直到在0。 -180°范圍內完成了多個角度對非對稱耦合 電弧的特征譜強度進行的測量。
本發明可以從多個角度對非對稱電弧等離子體輻射光進行測量，獲得其多個方向 的譜強度分布，通過裝置不動，焊槍旋轉的方式，實現了非對稱電弧譜強度的快速測量。適 用于工作空間受限的非對稱電弧光譜強度測量。
圖1為非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置。圖2為焊槍旋轉裝置局部放大示意 圖。圖3本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在0。下耦合電弧圖片。圖4本發明拍攝的非 對稱耦合電弧12在15。下耦合電弧圖片。圖5本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在30。 下耦合電弧圖片。圖6本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在45。下耦合電弧圖片。圖7本 發明拍攝的非對稱耦合電弧12在60。下耦合電弧圖片。圖8本發明拍攝的非對稱耦合電 弧12在75°下耦合電弧圖片。圖9本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在90。下耦合電弧 圖片。圖10本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在105。下耦合電弧圖片。圖ll本發明拍 攝的非對稱耦合電弧12在120。下耦合電弧圖片。圖12本發明拍攝的非對稱耦合電弧12 在135°下耦合電弧圖片。圖13本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在150°下耦合電弧圖 片。圖14本發明拍攝的非對稱耦合電弧12在165。下耦合電弧圖片。
具體實施例方式
具體實施方式
一、結合圖1和圖2說明本實施方式，非對稱電弧光譜強度多角度測 量裝置，它包括步進電機1、減速器0、焊槍4、CCD攝像機9、窄帶濾光片7、透鏡6、水冷銅板 5、焊槍夾板13、軸承14和計算機IO，所述減速器0由主動齒輪2和從動齒輪3組成，步進 電機1的電機軸插入主動齒輪2的中心，主動齒輪2與從動齒輪3嚙合，焊槍4下端插入軸 承14的中心，從動齒輪3的轉動軸與焊槍4上端連接，所述焊槍夾板13為"L"形結構，焊 槍夾板13由水平面13-1和豎直面13-2組成，軸承14固定安裝在焊槍夾板13水平面13-1 的通孔中，步進電機1、減速器0固定在焊槍夾板13豎直面13-2上，水冷銅板5設置在焊 槍4的正下方，透鏡6、窄帶濾光片7和CCD攝像機9設置在焊槍4產生的非對稱耦合電弧 12的側面，且使非對稱耦合電弧12產生的電弧等離子體輻射光依次入射至透鏡6、窄帶濾 光片7和CCD攝像機9， CCD攝像機9的信號輸出端與計算機10的信號輸入端相連，計算機 10的信號輸出端與步進電機1的信號輸入端相連。 焊槍4產生非對稱耦合電弧12，非對稱耦合電弧12產生的電弧等離子體輻射光通 過透鏡6、窄帶濾光片7和CCD攝像機9采集特征譜強度圖像，水冷銅板5作為電弧焊接的 陽極，其導熱性好，通入冷卻水后，采用大電流焊接也不會熔化，窄帶濾波片7的作用是使 輻射光線通過窄帶濾波片7后，獲得某一特定波長的光。軸承14起支撐焊槍4的作用。計 算機10采集的圖像大小可以通過調節透鏡6與耦合電弧12的距離實現。
本發明的裝置逆向設置也可。
具體實施方式
二、結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不 同之處在于非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置還包括中性衰減片8，中性衰減片8設置 在窄帶濾光片7和CCD攝像機9中間，中性衰減片8的高度保證輻射光順利通過。
具有某一特定波長輻射光線經過中性減光片8，使該波長的光強均勻減少，為配合 適當的光圈曝光量。
具體實施方式
三、結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一或二 的不同之處在于焊槍4為雙鎢極氬弧焊焊槍。
具體實施方式
四、結合圖1說明本實施方式，非對稱電弧光譜強度多角度測量方 法，具體步驟如下 步驟A、計算機10向步進電機1發出驅動信號，步進電機1帶動主動齒輪2轉動所 選定固定角度，主動齒輪2帶動從動齒輪3轉動相應角度，從動齒輪3帶動焊槍4轉動；
步驟B、產生非對稱耦合電弧12的焊槍4靜止后，非對稱耦合電弧12產生的電弧 等離子體輻射光通過透鏡6和窄帶濾光片7，由CCD攝像機9采集特征譜強度圖像；
步驟C、返回執行步驟A，直到在0。
-180°范圍內完成了多個角度對非對稱耦合 電弧12的特征譜強度進行的測量。 焊槍4每次轉動的角度可以為5。 、10° 、15°或其他合理的角度，計算機10通過 控制脈沖頻率控制步進電機1轉動速度，計算機通過控制脈沖的個數來控制步進電機1的 轉動角度。每次旋轉焊槍4后，待產生的非對稱耦合電弧12穩定燃燒后拍攝特征譜強度圖 像。步進電機1轉動一定的角度，通過主動齒輪2和從動齒輪3的傳動比可以確定從動齒 輪3旋轉的角度，得知焊槍4的旋轉角度。
具體實施方式
五、結合圖3說明本實施方式，本實施方式是利用本發明的裝置和 方法進行非對稱電弧光譜強度測量的實例，本實施方式中焊槍4每次轉動的角度為15° 。
權利要求
非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置，其特征在于它包括步進電機(1)、減速器(0)、焊槍(4)、CCD攝像機(9)、窄帶濾光片(7)、透鏡(6)、水冷銅板(5)、焊槍夾板(13)、軸承(14)和計算機(10)，所述減速器(0)由主動齒輪(2)和從動齒輪(3)組成，步進電機(1)的電機軸插入主動齒輪(2)的中心，主動齒輪(2)與從動齒輪(3)嚙合，焊槍(4)下端插入軸承(14)的中心，從動齒輪(3)的轉動軸與焊槍(4)上端連接，所述焊槍夾板(13)為“L”形結構，焊槍夾板(13)由水平面(13-1)和豎直面(13-2)組成，軸承(14)固定安裝在焊槍夾板(13)水平面(13-1)的通孔中，步進電機(1)、減速器(0)固定在焊槍夾板(13)豎直面(13-2)上，水冷銅板(5)設置在焊槍(4)的正下方，透鏡(6)、窄帶濾光片(7)和CCD攝像機(9)設置在焊槍(4)產生的非對稱耦合電弧(12)的側面，且使非對稱耦合電弧(12)產生的電弧等離子體輻射光依次入射至透鏡(6)、窄帶濾光片(7)和CCD攝像機(9)，CCD攝像機(9)的信號輸出端與計算機(10)的信號輸入端相連，計算機(10)的信號輸出端與步進電機(1)的信號輸入端相連。
2. 根據權利要求1所述的非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置，其特征在于非對稱電 弧光譜強度多角度測量裝置還包括中性衰減片(8)，中性衰減片(8)設置在窄帶濾光片(7) 和CCD攝像機(9)中間。
3. 根據權利要求1或2所述的非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置，其特征在于焊槍 (4)為雙鎢極氬弧焊焊槍。
4. 利用權利要求1所述的非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置的測量方法，其特征在 于具體步驟如下步驟A、計算機(10)向步進電機(1)發出驅動信號，步進電機(1)帶動主動齒輪(2)轉 動所選定固定角度，主動齒輪(2)帶動從動齒輪(3)轉動相應角度，從動齒輪(3)帶動焊槍 (4)轉動;步驟B、產生非對稱耦合電弧(12)的焊槍(4)靜止后，非對稱耦合電弧(12)產生的電 弧等離子體輻射光通過透鏡(6)和窄帶濾光片(7)，由CCD攝像機(9)采集特征譜強度圖 像；步驟C、返回執行步驟A，直到在0。 -180°范圍內完成了多個角度對非對稱耦合電弧 (12)的特征譜強度進行的測量。
全文摘要
非對稱電弧光譜強度多角度測量裝置及方法，涉及一種測量電弧光譜強度的裝置和方法。解決了現有的電弧光譜強度的測量裝置和方法存在裝置不固定而引起的占用空間大、系統周圍工作空間受限制的問題。步進電機主動齒輪、從動齒輪嚙合，焊槍通過從動齒輪和軸承固定在焊槍夾板上，水冷銅板設置在焊槍的正下方，依次設置透鏡、窄帶濾光片和CCD攝像機，步進電機接收來自計算機的控制信號，步進電機帶動主動齒輪轉動固定角度，主動齒輪帶動從動齒輪轉動相應角度，從動齒輪帶動焊槍轉動；焊槍產生非對稱耦合電弧，非對稱耦合電弧產生的電弧等離子體輻射光通過透鏡、窄帶濾光片和CCD攝像機采集圖像；適用于工作空間受限的非對稱電弧光譜強度測量。
文檔編號B23K9/32GK101782429SQ20101030046
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者吳林, 張廣軍, 李海超, 熊俊, 高洪明 申請人:哈爾濱工業大學