一种适用于激光填丝焊接的监控系统的制作方法

本发明属于电磁超声技术相关领域，更具体地，涉及一种适用于激光填丝焊接的监控系统。

背景技术：

激光填丝焊接是指在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的方法，激光填丝焊接与非填丝焊接相比，具有如下优点：1、解决了对工件加工装配要求严格的问题；2、实现了小功率焊接较厚较大零件；3、通过调节焊丝成分，可控制焊缝区域组织性能。然而，激光填丝焊接过程中送丝的稳定性和准确性无法保证，导致无法形成良好的焊缝组织。

为了确认在焊接过程中送丝机构的稳定性，需要对焊接中焊丝与熔池的位置关系进行监控，而熔滴过渡状态恰好能够反映出焊丝与熔池的位置关系，因为对熔滴过渡状态进行监控也是可以的。现有的用于焊接工艺的监控方法，一般都是使用固定式的一台高速摄像仪器监控或者多台高速摄像仪器在外围配合完成监控任务。由于摄像头固定外围而焊丝装置在移动且无其他类型监控仪器配合，高速摄像实时监控的精度较低。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于激光填丝焊接的监控系统，其基于激光填丝焊接及电磁超声技术的特点，针对监控系统的部件及部件联接关系进行了设计。所述监控系统采用电磁超声及摄像以共同实时监控激光填丝焊接的熔滴过渡状态的系统，提高了监控精度。此外，所述监控系统通过伸缩式支架、支架及旋转支架使摄像头与焊丝保持相对静止，保证了获取的图像信息的清晰度及准确性，且保证了超声信号能被有效的接收。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于激光填丝焊接的监控系统，其包括连接于激光发射机构的伸缩式支架、支架、旋转支架、电磁超声发射探头及电磁超声接收探头，其特征在于：

所述支架的两端分别连接于所述伸缩式支架及所述电磁超声发射探头，所述电磁超声发射探头连接于送丝管；所述旋转支架的一端转动的连接于所述支架，另一端连接于所述微型摄像头，所述旋转支架通过相对于所述支架的转动来带动所述微型摄像头转动；所述电磁超声接收探头设置在工件上，其与所述电磁超声发射探头相配合。

进一步的，所述送丝管内的焊丝穿过所述电磁超声发射探头；焊接过程中，所述微型摄像头与所述电磁超声发射探头保持相对静止。

进一步的，所述监控系统还包括接收探头安置平台，所述接收探头安置平台包括主平台及滑动的连接于所述主平台的探头架，所述探头架连接于所述电磁超声接收探头。

进一步的，所述主平台包括导轨、顶板及四个升降脚，所述顶板呈矩形，四个所述升降脚分别连接于所述顶板的四个角部；所述顶板的四侧朝向所述升降脚的表面分别开设有凹槽，两个所述导轨分别设置在一个所述凹槽相对的两个槽壁上，所述导轨用于为所述探头架的移动提供导向。

进一步的，所述探头架包括塑料滑板、升降杆、弹性架及螺钉，所述塑料滑板的两端分别滑动的收容在对应的两个所述导轨内，且能够沿所述导轨滑动以改变所述电磁超声接收探头的位置；所述弹性架连接所述塑料滑板及所述升降杆，所述螺钉连接所述升降杆及所述电磁超声接收探头。

进一步的，所述电磁超声发射探头包括第一探头外壳、收容于所述第一探头外壳内的骨架、漆包线线圈及方形带孔磁铁，所述漆包线线圈绕在所述骨架上，所述骨架穿过所述方形带孔磁铁。

进一步的，所述骨架的外周上开设有多个间隔设置的沟槽，所述沟槽用于收容所述漆包线线圈。

进一步的，所述电磁超声接收探头包括第二探头外壳、收容在所述第二探头外壳内的多层跑道型线圈、马蹄形电磁铁及红外感应单元，所述红外感应单元电性连接于所述多层跑道型线圈，所述马蹄形电磁铁粘贴在所述多层跑道型线圈上。

进一步的，所述监控系统还包括信号发生器、供电电源、数据采集器、视频采集器及计算机，所述信号发生器电性连接所述电磁超声发射探头及所述供电电源；所述视频采集器电性连接所述微型摄像头及所述计算机；所述数据采集器电性连接所述电磁超声接收探头及所述计算机；所述计算机电性连接所述供电电源。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于激光填丝焊接的监控系统，其采用电磁超声及摄像以共同实时监控激光填丝焊接的熔滴过渡状态的系统，提高了监控精度。此外，所述监控系统通过伸缩式支架、支架及旋转支架使摄像头与焊丝保持相对静止，保证了获取的图像信息的清晰度及准确性，且保证了超声信号能被有效的接收。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的适用于激光填丝焊接的监控系统处于使用状态的局部示意图。

图2是图1中的监控系统的结构框图。

图3是图1中的监控系统的电磁超声发射探头的结构示意图。

图4是图3中的电磁超声发射探头的骨架及漆包线线圈的结构示意图。

图5是图3中的电磁超声发射探头的方形带孔磁铁的平面示意图。

图6是图3中的电磁超声发射探头的方形带孔磁铁的立体示意图。

图7是图1中的电磁超声接收探头的俯视图。

图8是图7中的电磁超声接收探头的主视图。

图9是图7中的电磁超声接收探头的左视图。

图10是图7中的电磁超声接收探头的多层跑道型线圈的结构示意图。

图11是图1中的监控系统的接收探头安置平台的结构示意图。

图12中的(a)及(b)分别是图11中的接收探头安置平台沿A1-A1、A2-A2

方向的断面图。

图13是11中的接收探头安置平台的探头架的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-伸缩式支架，2-支架，3-接收探头安置平台，301-主平台，3011-导轨，3012-顶板，3013-升降脚，302-探头架，3021-塑料滑板，3022-升降杆，3023弹性架，3024-螺钉，4-旋转支架，5-电磁超声发射探头，501-第一探头外壳，502-骨架，503-漆包线线圈，504-方形带孔磁铁，6-电磁超声接收探头，601-第二探头外壳，602-多层跑道型线圈，603-马蹄形电磁铁，604-红外感应单元，7-微型摄像头，8-信号发生器，9-供电电源，10-数据采集器，11-视频采集器，12-计算机，13-红外控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的适用于激光填丝焊接的监控系统，其用于实时监控激光填丝焊接的熔滴过渡状态。所述监控系统是基于电磁超声技术及高速摄像技术以共同监控激光填丝焊接的熔滴过渡状态的系统，提高了监控精度。此外，所述监控系统通过机械结构使摄像头与焊丝保持相对静止，也保证了超声信号能被有效的接收。

所述监控系统包括伸缩式支架1、支架2、接收探头安置平台3、旋转支架4、电磁超声发射探头5、电磁超声接收探头6、微型摄像头7、信号发生器8、供电电源9、数据采集器10、视频采集器11、计算机12及红外控制器13。

所述伸缩式支架1的一端连接于激光发射机构，另一端连接于所述支架2。本实施方式中，所述伸缩式支架1是由耐高温合金材料制成的；所述伸缩式支架1通过滑动以进行轴向伸缩，其由两段合金管组成，两段所述合金管滑动连接。

所述支架2连接所述伸缩式支架1及所述电磁超声发射探头5，所述电磁超声发射探头5连接所述支架2及送丝管。本实施方式中，所述支架2是由耐高温材料制成的。

所述旋转支架4的一端转动的连接于所述支架2上，另一端连接于所述微型摄像头7。所述旋转支架4通过转动可以改变所述微型摄像头7的拍摄角度。所述微型摄像头7与所述送丝管的焊丝保持相对静止，两者之间保持预定距离。本实施方式中，所述旋转支架4是由耐高温材料制成的；所述微型摄像头7能够以每秒2000帧的速度采集光学图像信号并将采集到的光学图像信号转变成电信号，以便后续信号处理。

请参阅图5及图6，所述电磁超声发射探头5电性连接于所述信号发生器8，其可以在与所述焊丝不接触的情况下，将高频脉冲电信号转换成超声信号。所述电磁超声发射探头5包括第一探头外壳501、骨架502、漆包线线圈503及方形带孔磁铁504，所述骨架502、所述漆包线线圈503及所述方形带孔磁铁504均收容于所述第一探头外壳501内。

所述第一探头外壳501基本呈圆柱状，其开设有收容腔，所述收容腔用于收容所述骨架502、所述漆包线线圈503及所述方形带孔磁铁504。本实施方式中，所述第一探头外壳501是由非导磁材料制成的。

所述骨架502开设有穿透式圆孔，所述圆孔用于供所述焊丝穿过。所述骨架502的外周上开设有多个间隔设置的沟槽，所述沟槽用于收容所述漆包线线圈503。

所述方形带孔磁铁504轴向充磁，其孔径等于或者大于所述骨架502的外径，高度等于所述沟槽沿所述骨架502长度方向的高度与相邻的所述沟槽之间的间隔距离之和。本实施方式中，所述方形带孔磁铁504是由汝铁硼材料制成的，其数量为多个，多个所述方形带孔磁铁504沿所述第一探头外壳501的长度方向依次贴附设置，所述骨架502穿过多个所述方形带孔磁铁504。所述漆包线线圈503绕在所述骨架502上，其是由耐高温材料制成的；且所述漆包线线圈503收容在所述方形带孔磁铁504的孔内。

请参阅图7至图10，所述电磁超声接收探头6连接于所述接收探头安置平台3，其包括第二探头外壳601、多层跑道型线圈602、马蹄形电磁铁603及红外感应单元604，所述多层跑道型线圈602、所述马蹄形电磁铁603及所述红外感应单元604均收容在所述第二探头外壳601内。所述红外感应单元604电性连接于所述多层跑道型线圈602，所述马蹄形电磁铁603粘贴在所述多层跑道型线圈602上。

所述第二探头外壳601开设有收容槽，所述收容槽用于收容所述多层跑道型线圈602、所述马蹄形电磁铁603及所述红外感应单元604。所述多层跑道型线圈602设置在所述收容槽的底部。本实施方式中，所述多层跑道型线圈602是由多块同等大小的曲折型线圈电路板叠加形成的，各个所述线圈电路板并联，以更好的接收超声信号；所述马蹄形电磁铁603是由多块小磁铁组成，通电后多块小磁铁产生沿同一方向的水平磁场。

请参阅图11、图12(a)、图12(b)及图13，所述接收探头安置平台3用于支撑所述电磁超声接收探头6并可带动所述电磁超声接收探头6移动。所述接收探头安置平台3包括主平台301及滑动的连接于所述主平台301的探头架302，所述探头架302连接于所述电磁超声接收探头6，且其可带动所述电磁超声接收探头6同步移动。

所述主平台301包括导轨3011、顶板3012及四个升降脚3013，所述顶板3012基本呈矩形，四个所述升降脚3013分别连接于所述顶板3012的四个角部。所述顶板3012的四侧朝向所述升降脚3013的表面分别开设有凹槽，两个所述导轨3011分别设置在所述凹槽相对的两个槽壁上。本实施方式中，所述导轨3011的长度方向与对应的两个所述升降脚3013的水平连线的方向平行；所述导轨3011用于为所述探头架302的移动提供导向；所述导轨3011的数量为四个，可以理解，在其他实施方式中，所述导轨3011的数量可以根据实际需要增加或者减少。

所述探头架302包括塑料滑板3021、升降杆3022、弹性架3023及螺钉3024，所述塑料滑板3021的两端分别滑动的收容在对应的两个所述导轨3011内，其能够沿所述导轨3011滑动以改变所述电磁超声接收探头6的位置。所述弹性架3023连接所述塑料滑板3021及所述升降杆3022，所述螺钉3024连接所述升降杆3022及所述电磁超声接收探头6。

所述信号发生器8电性连接所述电磁超声发射探头5及所述供电电源9。所述视频采集器11电性连接所述微型摄像头7及所述计算机12。所述数据采集器10电性连接所述电磁超声接收探头6及所述计算机12。所述计算机12电性连接于所述供电电源9，所述供电电源9用于为所述信号发生器8、所述计算机12等提供电能。本实施方式中，所述信号发生器8用于产生激励所述电磁超声发射探头5所需的高频高压脉冲信号，所述脉冲信号的频率为100K～6MHZ，电压为300V～1000V。

所述监控系统工作时，首先，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述骨架502，调控所述接收探头安置平台3和所述红外控制器13，将所述电磁超声接收探头6放置在工件的适当位置上。之后，接通所述供电电源9，启动所述计算机12，所述微型摄影头7将采集所述焊丝与熔池之间的图像信息并将所述图像信息传输给所述视频采集器11，所述视频采集器11将所述图像信息转换成所述计算机12能够识别的数字图像信息并将所述数字图像信息传送给所述计算机12，所述计算机12对所述数字图像信息进行分析、处理、显示；同时，所述信号发生器8将产生一定频率、一定个数的高频高压脉冲交流信号，所述脉冲交流信号流经所述电磁超声发射探头5的漆包线线圈503时，将在所述漆包线线圈503的周围产生交变磁场，所述交变磁场会在所述焊丝中产生涡流，在所述方形带孔磁铁504及所述交变磁场的共同作用下，所述涡流受到电磁力，引发所述焊丝表面振动产生超声波，所述超声波沿着所述焊丝的长度向超所述熔池传播，由于在激光熔丝过程中，所述焊丝顶端的状态发生变化，在不同的状态下，所述焊丝与所述工件间的界面将不同，将导致不同的超声透射信号，不同的超声透射信号传播到所述工件上的所述磁超声接收探头6附近，在所述马蹄形电磁铁603的作用下，会在所述多层跑道型线圈602上产生电脉冲信号，所述电脉冲信号在流经所述数据采集器10时会被转换成数字信号，所述计算机12对接收到的所述数字信号进行分析、处理、显示。如此，结合图像信息和超声信号的显示结果，便可更精确的分析焊丝与熔池之间的状态关系，实时监测激光焊接过程。

本发明提供的适用于激光填丝焊接的监控系统，其采用电磁超声及摄像以共同实时监控激光填丝焊接的熔滴过渡状态的系统，提高了监控精度。此外，所述监控系统通过伸缩式支架、支架及旋转支架使摄像头与焊丝保持相对静止，保证了获取的图像信息的清晰度及准确性，且保证了超声信号能被有效的接收。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。