大型圓管自動焊機頭的微型攝像頭保護殼體及支架的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及大型圓管道自動焊機頭上安裝的高清微型攝像頭的保護殼體及其具有四個自由度調節的支撐機架結構，用于大型圓管連接自動焊接時焊縫質量監測，實時觀察電弧焊接熱狀態并熔合成縫的物理過程，也可用于大型容器和平面自動焊接時焊縫質量監測。
【背景技術】
[0002]長期以來，大型長圓管的對接，如輸油管、天然氣管的焊接，都由人工手焊操作，勞動強度大，要求技術高，特別是新建遠距離輸油氣管線鋪設工程，絕大部分都是野外條件下施工，工作環境惡劣，要求工期短，施工企業望短期快速培訓高素質焊工，十分迫切，難度很大。
[0003]上世紀六十年代末期，美國CRC公司率先將熔化極全位置焊接技術應用于管道施工并逐步發展，德國、荷蘭、英國、法國以及加拿大等五國，多家公司相繼開發、推出產品，夕卜形各異，但有兩條共性技術:一是焊槍有上、下，左右和傾角三維運動調節控制，二是電弧焊接參數由人工調節發展過渡到電動和單片機控制。我國近十年，相繼從美國CRC和英國NOREAST引進機頭，并在我國“西氣東輸”工程上使用。引進的機頭多為原始型，人工操控，其顯示簡單，工藝參數為英文初級代碼，給我們培訓不便，普及推廣困難。近些年我國著力能源建設，不僅“西三線”開工在即，對外與中亞多國合作管道建設任務，對我國都是十分緊急繁重的戰略工程。
[0004]現在將攝像監視用于監視焊機焊接狀態，使開發的焊接設備從人工操控發展到智能化操作，實現“微機化、電動化、本土化和大眾化”目標，以期改善焊工勞動強度，并高質量加快建設速度，實現這一目標的前題，便是首先解決攝像頭能正對焊接弧光工作的技術問題:耐強光，耐高熱，耐焊接飛濺沖擊，防電磁干擾，以及如何將攝像頭簡單、可靠接近電弧，又如何傳輸視頻信號并與焊接操作協同等。我們從兩個方面入手，一是對攝像頭加殼體實現隔離保護，二是協作對攝像頭工作電路進行保護。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型在于采用大型圓管道自動焊機頭上安裝的高清微型攝像頭的保護殼體及其具有四個自由度調節的支撐機架結構，用于大型圓管連接自動焊接時焊縫質量監測，以合適的觀察角度保證攝像頭在距焊弧1cm左右內實時觀察電弧焊接熱狀態并熔合成縫的物理過程，直接實時看到焊絲熔滴過程，落下與管道母材熱熔堆積形成焊縫的物理過程，與此同時，同步記錄存儲視頻圖像作事后分析研宄。這樣的設備無需操作者貼近焊弧，可減輕勞動強度和改善工作環境。操作者也可以酌情進行人工干預調節，或者仍由設置參數實施焊接，實現人工兼容的智能化。
[0006]電弧的特點是光能極強，動態范圍很大，弧光頻率寬而雜，實現TV的良好監視，除電子電路采取必要措施外，鏡頭的防光、防熱和耐焊接飛濺沖擊，調節使用方便，就是本項保護殼體和支架結構的內容。具體結構如圖1示。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0008]圖中1、攝像頭保護殼體；2、高清針孔型攝像頭；3、攝像頭電源和視頻輸出座；4、支架球頭絞鏈安裝座；5、球頭絞鏈；6、TV支架前臂桿；7、壓簧平衡拉桿；8、TV支架前臂連接塊；9、TV支架大臂；10、支架盒轉軸；11、支壓盒內壓簧；12、大臂調節銷釘；13、支架盒壓力調節蓋；14、智能焊機頭主梁板。
【具體實施方式】
[0009]如圖1示，一個“方球方”形的輕型鋁質薄殼體結構，內裝高清針孔攝像頭，攝像頭供電和視頻輸出信號從方形后蓋上的插座進出，視頻到無線遙控盒上的5寸LCD顯視，可用無線傳輸適宜“外焊”工藝或有線傳輸適用“內焊”工藝兩種方式之一選擇，操作者憑著實時圖像和盒上按鍵旋鈕動作，可實現遠離刺眼的焊接弧光、焊藥燃燒煙熏、金屬飛濺灼燙之苦，而進行可靠的焊縫焊接工作；殼體“前方”為方便插取濾光板，附在球臺形殼體的前端，其方框尺寸大小與鏡頭正常視角范圍匹配對接；殼體中間部分為球臺形，由同心球面構成雙層薄殼結構，外表面為全球臺圓弧，后面轉為正方形段，使殼體外部輪廓呈“方球方”形的三段結構；與之相應的內薄殼內表面段，則分割成更小的球臺和圓柱兩部分相銜接，前面更小的球臺留作裝攝像頭圓柱形的鏡頭筒空間，后續的圓柱體段再次改形為方形段，而與外面的正方形合成內外皆方的殼體，之后用一個帶插座的后蓋罩住，形成一個完整的電弧光環境下的攝像監控頭。此種結構設計，外球表面有不易粘積飛濺，散射弧光、減少吸熱作用。內殼表面形成的小球臺裝圓筒形鏡頭，有相對寬裕的空間，緊接的圓柱形轉內方界面，剛好用來擱內方形的底面，同時在前端形成一個氣體不易流動的隔熱腔體。殼體后端的方形尺寸與攝像頭電路盒尺寸匹配，并小于殼體中間球面直徑，這又使電路環境得到較大屏蔽隔離，一定程度上減少了焊弧產生的雜散頻譜對視頻信號干擾。
[0010]殼體后方部位有一圓扣，可套在支架絞鏈座上的球頭軸上，整個殼體又可繞此球軸旋轉固定，這根球軸在絞鏈機構里，又可繞其中心軸旋軸，有24度的立體活動范圍，如Ω
不O
[0011]裝有攝像頭的保護殼體安裝在機頭主梁板上，隨著機頭在行走軌道上做半圓或圓周路徑運動，為保證攝像頭的空間觀察角不變，設計了一套可上下、左右可收展，在支架平面任何位置可停的支撐機架結構，如圖1中序號6—一13示。
[0012]序號9為支架大臂，前端通過連接塊與可動支架相連，后端與支架盒轉軸一起組成相對主梁板的調節盒，只要外拉大臂可按每檔19° 一級，六檔114°范圍內繞OX軸轉動，到位之后將大臂調節銷釘插入定位孔中即可。若沿著支架大臂滑動前臂連接塊，即間接調整了攝像頭相對焊槍電弧的觀察距離。支架的前臂由3段支桿AB、BC、CD和連接塊的AD等效桿組成平面四邊形，A、B、C和D四個連接頭轉動副，因此收展自如。
[0013]在BC桿上演變一個球頭絞鏈安裝座，如圖1序號4，其上裝一個球頭絞鏈，如序號5，絞鏈軸最后與攝像頭殼體相連。以上眾多連接點都是可動的，便于避開機頭其它因素遮擋，尋得因人、因勢而異的最佳觀察角方向。
[0014]前臂上的序號7，為壓簧平衡拉桿，它的作用是在支架平面內收展支架時，調定攝像觀察角后，無論機頭行進和焊槍擺動過程中，觀察角都穩定不變，保證機頭完美實現焊接工作。
【主權項】
1.大型圓管自動焊機頭的微型攝像頭保護殼體及支架，大型圓管道自動焊機頭上安裝的高清攝像頭保護殼體及具有四個自由度調節的支撐機構，保證攝像頭在距焊弧1cm左右內，以最佳的空間觀察角，正對焊弧產生的熔滴過渡，下落堆積與管道母材熔合成縫的物理過程，攝得的視頻輸出可以無線和有線方式傳輸到無線遙控盒上顯示和同步記錄保存，操作者可以在離焊縫較遠處，使用獨立的遙控盒完成全部正常操作控制；保護殼體為“方球方”結構，前“方槽”裝方形濾光板，有玻離切割容易，破損后取插安裝方便；中間為同心的內外部分球面構成的薄殼結構，本段外表面由單一球面形成一球臺，之后再轉為方形，薄殼對應的內表面段，則由更短的球面和一圓柱相接構成，之后再轉內方形，內外表面轉接的方形重疊嵌套，組成安放電路盒的方盒體；方盒開口端用蓋罩住，蓋中間裝供電和視頻輸出插座，形成一完整的自動焊機頭攝像頭保護殼體；殼體裝在有四個自由度的支撐架末端，能在調整支架姿態過程中，找到一個最佳的、正對焊槍電弧的方向角，由于壓簧平衡拉桿的作用，使得機頭在軌道行進和焊槍擺動過程中，這個方向角穩定不變，最終實現完美的焊接操作。2.根據權利要求1所述的大型圓管自動焊機頭的微型攝像頭保護殼體及支架，其特征在于保證攝像頭能在最佳角度近距離觀察焊接熱狀態演變過程，輸出的高清晰視頻信號傳到操作者處，能及時顯視和同步記錄存儲，能根據設置和采集到傳感器數據比較，判斷，做到實時施行正確的工藝決策。3.根據權利要求1所述的大型圓管自動焊機頭的微型攝像頭保護殼體及支架，其特征在于“方球方”的雙球面構成的薄殼結構功能，球面外表有利折散弧光，不易粘飛濺；內層球面分割形成隔離腔，有利避熱；末段內外重合嵌套方形形成電路盒，布局上始終處在中間球段之后，且最大尺寸小于球面直徑，獲得避熱和少受干擾的好處。
【專利摘要】本實用新型專利公開了大型圓管道智能焊機頭上安裝的高清微型攝像頭保護殼體及具有四個自由度的支撐機架結構，保證攝像頭在距焊弧10cm左右內，以合適的空間觀察角，正對焊弧產生的熔滴過渡、下落堆積并與管道母材熔合成縫的物理過程，操作者根據機頭行走到的管道縫上的“鐘點位置信息”，可實時決策進行人工干預調整工藝參數，或維持原參數不變，或是仍由位置信息送給電焊機，由接口電路指令焊機調用巳注入的工藝參數，再進行后續的自動焊接操作過程。在這一進程中，攝像頭殼體必須正對焊接弧光，經受焊弧高溫輻射、飛濺火花沖擊，本實用新型專利采用“方球方”的鋁質薄殼結構，輔以多自由度運動的壓簧拉桿支撐組件，將攝像頭推到合適的空間觀察角位置，可做到既小巧玲瓏又能很好地適應這一惡劣環境，保護攝像頭能輸出清晰的視頻信號，解決了在焊弧條件下實時監測顯示，實現了遠控智能焊接操作功能。
【IPC分類】B23K9/127, B23K9/32
【公開號】CN204639390
【申請號】CN201520149694
【發明人】謝邑明
【申請人】成都天府新區立元自動化焊接設備研發有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年3月17日