CN110877144B - 一种焊接温度场红外在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：万向球支撑单元；Z向滑动单元，设于万向球支撑单元之上，可相对万向球支撑单元在垂直方向上移动；X向丝杆传动单元，包括轨道、丝杆、滑块、联轴器以及步进电机；Y向移动单元，包括万向球碗杆和球芯杆，万向球碗杆的一端与滑块相连接并可相对X向丝杆传动单元移动，万向球碗杆的另一端通过球铰链与球芯杆的一端连接；夹具单元以及红外传感单元，夹具单元的一端与球芯杆的另一端固定连接，另一端红外传感单元固定连接。本发明能快速方便测定焊接过程焊接熔池变化，整体结构科学合理，并且使用方便，生产工艺简便，制造成本较低，无环境污染，易于普及推广。

Description

一种焊接温度场红外在线测量装置

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言，涉及一种焊接温度场红外在线测量装置。

背景技术

焊接温度场是指在焊接过程中，焊件上各点的温度分布是空间和时间的函数。某一瞬间焊件上各点的温度分布可用焊接温度场来表示。

经过大量检索发现一些典型的现有技术，如申请号为201410079074.9的专利公开了一种适用于超高频脉冲TIG焊焊接温度场的实时观测装置，该装置包括有焊接温度场存储器、观测运动机构、红外热成像仪、工件位姿调节台，其能够实时地进行焊接温度场观测，并一次性获得焊接全场温度信息。又如申请号为201120512877.0的专利公开了一种基于温度梯度传感的焊接温度场检测装置，该装置具有通用性好、独立性高、响应速度快等优点，能够对焊接温度场和焊接质量进行实时检测和控制。又如申请号为201822024609.9的专利公开了一种定位精确的金属工件焊接温度场测量装置，该装置使金属工件焊接温度场测量装置具备了定位精确的优点。

可见，对于焊接温度场测量装置，其实际应用中的亟待处理的实际问题(简化测量装置结构、提高焊接精确度等)还有很多未提出具体的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足提供了一种焊接温度场红外在线测量装置，本发明的具体技术方案如下：

一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：

万向球支撑单元；

Z向滑动单元，设于所述万向球支撑单元之上，可相对万向球支撑单元在垂直方向上移动；

X向丝杆传动单元，包括轨道、丝杆、滑块、联轴器以及步进电机，所述Z向滑动单元连接于轨道的底面，所述丝杆可转动地设于轨道之中，所述步进电机设于轨道的一侧，所述步进电机的输出轴通过联轴器与丝杆传动连接，所述滑块通过螺母与丝杆螺纹连接；

Y向移动单元，包括万向球碗杆和球芯杆，所述万向球碗杆的一端与滑块相连接并可相对X向丝杆传动单元移动，所述万向球碗杆的另一端通过球铰链与球芯杆的一端连接；

夹具单元以及红外传感单元，所述夹具单元的一端与球芯杆的另一端固定连接，所述夹具单元的另一端红外传感单元固定连接。

可选的，所述万向球支撑单元包括防滑套，调节杆、若干根球头杆、调节把手、万向球壳以及固定把手，所述球头杆的一端设有盲孔，所述球头杆的另一端设有第一球头，所述球头杆的侧面上设有第一螺纹通孔，所述调节杆的一端与所述防滑套连接，所述调节杆的另一端伸入盲孔之中，所述调节把手与第一螺纹通孔螺纹连接，所述万向球壳的下表面设有若干个与第一球头相匹配的第一球碗，所述第一球头镶嵌在第一球碗中，所述第一球碗的侧壁设有第二螺纹通孔，所述固定把手与第二螺纹通孔螺纹连接。

可选的，所述万向球支撑单元还包括Z向调节把手，所述万向球壳的中心设有通孔，所述通孔的侧壁设有第三螺纹通孔，所述Z向调节把手与第三螺纹通孔螺纹连接，所述Z向滑动单元为一直杆，所述Z向滑动单元的下端穿过所述通孔，所述Z向滑动单元的上端与轨道的底面螺纹连接。

可选的，所述万向球碗杆的另一端设有第二球碗，所述球芯杆的一端设有第二球头，所述第二球头镶嵌在第二球碗中形成球铰链结构。

可选的，所述夹具单元包括抱箍以及抱箍底座，所述球芯杆的另一端与所述抱箍底座螺纹连接，所述红外传感单元夹紧于所述抱箍之中。

可选的，所述夹具单元包括夹具体和夹紧螺栓，所述球芯杆的一端与所述夹具体螺纹连接，所述红外传感单元安装于所述夹具体中并通过夹紧螺栓夹紧固定。

可选的，本发明所述的一种焊接温度场红外在线测量装置还包括处理单元。

所述红外传感单元与处理单元电性连接，用于采集焊件上焊点的熔池红外热成像数据，并将采集到的红外热成像数据发送到处理单元中。

所述处理单元用于分析熔池红外热成像数据，获取焊接参数，将焊接参数与预设在处理单元中的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。

可选的，所述处理单元包括图像处理器、质量分析器以及存储器。

所述图像处理器用于对熔池红外热成像数据进行分析，获取焊接参数。

所述质量分析器用于将焊接参数与预设的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。

所述存储器用于储存熔池红外热成像数据。

其中，焊接参数包括熔池尺寸、结构以及温度梯度。

本发明所取得的有益效果包括：

1、本装置能够快速方便安装、驱动红外热成像跟随焊缝，测定焊接过程中电弧和熔池温度场分布和动态变化情况，分析和检验出焊接过程电弧稳定性、熔池形态和焊缝成形的信息，为焊接质量监测与控制，制定合理的焊接工艺参数及技术条件提供数据基础和科学依据；

2、本装置能够满足跟随焊枪的移动，结构简单合理、操作使用方便、生产工艺简便，制造成本较低，易于普及推广；

3、利用红外传感单元摄录所述焊点的熔池红外热成像数据，采集并发送熔池红外热成像数据至处理单元中，然后分析熔池红外热成像数据获取焊接参数，将焊接参数与预设的焊接标准相比较，获取焊点质量评估结果，可以提高了监测效率及质量，降低漏检率，为焊接质量提供参考数据。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明，将重点放在示出实施例的原理上。

图1是本发明实施例之一中一种焊接温度场红外线在测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例之一中万向球支撑单元的结构示意图；

图3是本发明实施例之一中球头杆的剖视图；

图4是本发明实施例之一中万向球壳的示意图；

图5是本发明实施例之一中Z向滑动单元与万向球支撑单元之间的结构示意图；

图6是本发明实施例之一中X向丝杆传动单元的结构示意图；

图7是本发明实施例之一中Y向移动单元的结构示意图；

图8是本发明实施例之一中夹具单元与Y向移动单元之间的结构关系示意图。

附图标记说明：1、焊件，2、万向球支撑单元、3、Z向滑动单元，4、X向丝杆传动单元,5、Y向移动单元,6、夹具单元,7、红外传感单元，21、防滑套，22、调节杆，23、球头杆，231、第一球头，232、盲孔，233、第一螺纹通孔，24、调节把手，25、万向球壳，251、第一球碗，252、通孔，26、固定把手，27、Z向调节把手，41、轨道，42、丝杆，43、滑块，44、联轴器，45、步进电机，46、轴承，51、万向球碗杆，511、第二球碗，52、球芯杆，521、第二球头，61、夹具体，62、夹紧螺栓。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它***、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的***、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明为一种焊接温度场红外线在测量装置，根据图1-8所示讲述以下实施例：

实施例一：

焊接过程中电弧热作用及其熔池形态直接影响焊缝的组织和性能，对焊接温度场进行实时测量，能有效获取焊接过程电弧稳定、熔池状态和焊缝成形信息，进而实现对焊接过程质量控制及焊接工艺参数优化制定。对于焊接温度场的测量，目前，在获取焊接温度场方面的方法都有各自的不足，利用热电偶检测会对焊接工件的几何条件造成破坏，也无法对熔池形态有直观的认识，利用CCD摄像机拍摄熔池无法获得熔池温度场信息，采用CCD比色测温测温精度不高，利用数值模拟方法计算，温度场的计算靠假设值输入容易产生很大的误差。随着热红外敏感CCD技术的进步，红外热像仪由于其自身的高热灵敏度、测温精度高、温度场分布直观、便于实验等优点，在检测方面得到了很快的发展。因此，设计出一套用于实现红外热成像对焊接温度场进行实时测量的装置，为满足各种电弧焊焊接试验、现场工作场合的温度场监测与控制提供有效手段。

针对上述情况，把发明的目的在于提供一种焊接温度场红外在线测量装置，能够快速方便安装、驱动红外热成像跟随焊缝，测定焊接过程中电弧和熔池温度场分布和动态变化情况，通过获取温度场随时间变化的一维、二维和三维数据，分析和检验出焊接过程电弧稳定性、熔池形态和焊缝成形的信息，为焊接质量监测与控制，制定合理的焊接工艺参数及技术条件提供数据基础和科学依据；该装置能够满足跟随焊枪的移动，结构简单合理、操作使用方便、生产工艺简便，制造成本较低，易于普及推广。

该装置能够快速方便安装、驱动红外热成像跟随焊缝，测定焊接过程中电弧和熔池温度场分布和动态变化情况，分析和检验出焊接过程电弧稳定性、熔池形态和焊缝成形的信息，为焊接质量监测与控制，制定合理的焊接工艺参数及技术条件提供数据基础和科学依据；该装置能够满足跟随焊枪的移动，结构简单合理、操作使用方便、生产工艺简便，制造成本较低，易于普及推广。

如图1所示，一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：

万向球支撑单元2；

Z向滑动单元3，设于所述万向球支撑单元2之上，可相对万向球支撑单元2在垂直方向上移动；

X向丝杆传动单元4，如图6所示，其包括轨道41、丝杆42、滑块43、联轴器44以及步进电机45，所述Z向滑动单元3连接于轨道41的底面，所述丝杆42可转动地设于轨道41之中，所述步进电机45设于轨道41的一侧，所述步进电机45的输出轴通过联轴器44与丝杆42传动连接，所述滑块43通过螺母与丝杆42螺纹连接；所述轨道41底部的凸台加工有螺纹孔，用来与Z向滑动单元3一端进行螺纹连接；

所述丝杆42两端的光杆上安装有轴承46，并通过轴承46安装在轨道41的两端面通孔之中，以与轨道41形成可转动的连接关系；所述的滑块43同过螺母与丝杆进行螺纹，以形成滚珠丝杆传动方式；所述步进电机45通过螺栓固定在轨道41的一侧上，其输出轴通过联轴器44与丝杆42连接；在步进电机45的驱动下，丝杆42转动带动滑块43的往复滑动运动，实现测量装置在X方向上的移动。

Y向移动单元5，如图7所示，其包括万向球碗杆51和球芯杆52，所述万向球碗杆51的一端与滑块43相连接并可相对X向丝杆传动单元4移动，所述万向球碗杆51的另一端通过球铰链与球芯杆52的一端连接；

夹具单元6以及红外传感单元7，如图8所示，所述夹具单元6的一端与球芯杆52的另一端固定连接，所述夹具单元6的另一端红外传感单元7固定连接，所述红外传感单元7位于焊件1的上方。

如图2、图3以及图4所示，所述万向球支撑单元2包括防滑套21，调节杆22、若干根球头杆23、调节把手24、万向球壳25以及固定把手26，所述球头杆23的一端设有盲孔232，所述球头杆23的另一端设有第一球头231，所述球头杆23的侧面上设有第一螺纹通孔233，所述调节杆22的一端与所述防滑套21连接，所述调节杆22的另一端伸入盲孔232之中，所述调节把手24与第一螺纹通孔233螺纹连接，所述万向球壳25的下表面设有若干个与第一球头231相匹配的第一球碗251，所述第一球头231镶嵌在第一球碗251中，所述第一球碗251的侧壁设有第二螺纹通孔，所述固定把手26与第二螺纹通孔螺纹连接。所述的防滑套21安装在调节杆22的一端，防止测量装置的滑动；所述的调节杆22的另一端伸入球头杆23底端的盲孔232中，通过调节把手24固定和调节调节杆22的伸长量；所述的球头杆23上的第一球头231安装在万向球壳25上的第一球碗251之中，通过固定把手26固定。通过调节球头杆23与地面之间的角度和调节杆22的伸长量，控制万向球头支撑单元2的高度，实现红外传感单元7能够绕万向球碗杆51作圆弧运动。

如图4所示，所述万向球支撑单元2还包括Z向调节把手27，所述万向球壳25的中心设有通孔252，所述通孔252的侧壁设有第三螺纹通孔，所述Z向调节把手27与第三螺纹通孔螺纹连接，所述Z向滑动单元3为一直杆，所述Z向滑动单元3的下端穿过所述通孔252，所述Z向滑动单元3的上端与轨道41的底面螺纹连接。

在本发明中，如图1和图5所示，Z向滑动单元3，其一端设有螺纹结构，并与X向丝杆传动单元4上的轨道41底部凸台的螺纹孔连接，另一端穿过万向球壳25中心的通孔252，并通过万向球头支撑单元2上的Z向调节把手27调节装置在Z方向上的的高度。

所述万向球碗杆51的另一端设有第二球碗511，所述球芯杆52的一端设有第二球头521，所述第二球头521镶嵌在第二球碗511中形成球铰链结构，可以实现红外传感单元7绕万向球碗杆51作圆弧运动；在所述滑块43之上设有一个抱箍，所述的万向球碗杆51穿过滑块43上的抱箍，并通过抱箍来调节和固定万向球碗杆51的伸长量，通过控制万向球碗杆51在Y方向上的伸长量，来实现测量装置在Y方向的移动。

所述夹具单元6包括抱箍以及抱箍底座，所述球芯杆52的另一端与所述抱箍底座螺纹连接，所述红外传感单元7夹紧于所述抱箍之中。

作为一种优选方案，所述夹具单元6包括夹具体61和夹紧螺栓62，所述球芯杆52的一端与所述夹具体61螺纹连接，所述红外传感单元7安装于所述夹具体61中并通过夹紧螺栓62夹紧固定，以防止红外传感单元7的滑动。所述的夹具体6是由两个半圆弧的弹性铁片组成，并焊接在表面加工有螺纹孔的圆柱面上，红外传感单元7安装在夹具体61中，并通过夹紧螺栓62固定红外传感装置，夹具体6上的圆柱体的螺纹孔与球芯杆52螺纹连接，使夹具体6与Y向移动单元5连成一个整体。

在本实施例中，本发明采用万向球支撑单元为万向球结构，能够满足焊枪与焊件保持适当的高度，调节灵活方便。万向球支撑机构单元设有调节杆，通过调节把手调节和固定调节杆，能够有效保障测定焊枪的高度更加精确，能够使装置的使用范围更加广泛。X向丝杆传动单元采用滚珠丝杆传动方式，并配合步进电机，方便红外测量仪能够与焊枪同步移动，你能够更加精确的测量焊接熔池的变化过程。Y向移动单元采用万向球结构，实现红外传感单元能够绕万向球碗杆作圆弧运动。本实施例所述的一种焊接温度场红外在线测量装置能快速方便测定焊接过程焊接熔池变化，整体结构科学合理，并且使用方便，生产工艺简便，制造成本较低，无环境污染，易于普及推广。

实施例二：

如图1所示，一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：

万向球支撑单元2；

Z向滑动单元3，设于所述万向球支撑单元2之上，可相对万向球支撑单元2在垂直方向上移动；

X向丝杆传动单元4，如图6所示，其包括轨道41、丝杆42、滑块43、联轴器44以及步进电机45，所述Z向滑动单元3连接于轨道41的底面，所述丝杆42可转动地设于轨道41之中，所述步进电机45设于轨道41的一侧，所述步进电机45的输出轴通过联轴器44与丝杆42传动连接，所述滑块43通过螺母与丝杆42螺纹连接；所述轨道41底部的凸台加工有螺纹孔，用来与Z向滑动单元3一端进行螺纹连接；

所述丝杆42两端的光杆上安装有轴承46，并通过轴承46安装在轨道41的两端面通孔之中，以与轨道41形成可转动的连接关系；所述的滑块43同过螺母与丝杆进行螺纹，以形成滚珠丝杆传动方式；所述步进电机45通过螺栓固定在轨道41的一侧上，其输出轴通过联轴器44与丝杆42连接；在步进电机45的驱动下，丝杆42转动带动滑块43的往复滑动运动，实现测量装置在X方向上的移动。

Y向移动单元5，如图7所示，其包括万向球碗杆51和球芯杆52，所述万向球碗杆51的一端与滑块43相连接并可相对X向丝杆传动单元4移动，所述万向球碗杆51的另一端通过球铰链与球芯杆52的一端连接；

夹具单元6以及红外传感单元7，如图8所示，所述夹具单元6的一端与球芯杆52的另一端固定连接，所述夹具单元6的另一端红外传感单元7固定连接，所述红外传感单元7位于焊件1的上方。

如图2、图3以及图4所示，所述万向球支撑单元2包括防滑套21，调节杆22、若干根球头杆23、调节把手24、万向球壳25以及固定把手26，所述球头杆23的一端设有盲孔232，所述球头杆23的另一端设有第一球头231，所述球头杆23的侧面上设有第一螺纹通孔233，所述调节杆22的一端与所述防滑套21连接，所述调节杆22的另一端伸入盲孔232之中，所述调节把手24与第一螺纹通孔233螺纹连接，所述万向球壳25的下表面设有若干个与第一球头231相匹配的第一球碗251，所述第一球头231镶嵌在第一球碗251中，所述第一球碗251的侧壁设有第二螺纹通孔，所述固定把手26与第二螺纹通孔螺纹连接。所述的防滑套21安装在调节杆22的一端，防止测量装置的滑动；所述的调节杆22的另一端伸入球头杆23底端的盲孔232中，通过调节把手24固定和调节调节杆22的伸长量；所述的球头杆23上的第一球头231安装在万向球壳25上的第一球碗251之中，通过固定把手26固定。通过调节球头杆23与地面之间的角度和调节杆22的伸长量，控制万向球头支撑单元2的高度，实现红外传感单元7能够绕万向球碗杆51作圆弧运动。球头杆23的数量最好为3根，其设在万向球壳25的底部，形成三角支撑作用。

如图4所示，所述万向球支撑单元2还包括Z向调节把手27，所述万向球壳25的中心设有通孔252，所述通孔252的侧壁设有第三螺纹通孔，所述Z向调节把手27与第三螺纹通孔螺纹连接，所述Z向滑动单元3为一直杆，所述Z向滑动单元3的下端穿过所述通孔252，所述Z向滑动单元3的上端与轨道41的底面螺纹连接。

在本发明中，如图1和图5所示，Z向滑动单元3，其一端设有螺纹结构，并与X向丝杆传动单元4上的轨道41底部凸台的螺纹孔连接，另一端穿过万向球壳25中心的通孔252，并通过万向球头支撑单元2上的Z向调节把手27调节装置在Z方向上的的高度。

所述万向球碗杆51的另一端设有第二球碗511，所述球芯杆52的一端设有第二球头521，所述第二球头521镶嵌在第二球碗511中形成球铰链结构，可以实现红外传感单元7绕万向球碗杆51作圆弧运动；在所述滑块43之上设有一个抱箍，所述的万向球碗杆51穿过滑块43上的抱箍，并通过抱箍来调节和固定万向球碗杆51的伸长量，通过控制万向球碗杆51在Y方向上的伸长量，来实现测量装置在Y方向的移动。万向球碗杆51垂直于所述轨道41。

所述夹具单元6包括抱箍以及抱箍底座，所述球芯杆52的另一端与所述抱箍底座螺纹连接，所述红外传感单元7夹紧于所述抱箍之中。

作为一种优选方案，所述夹具单元6包括夹具体61和夹紧螺栓62，所述球芯杆52的一端与所述夹具体61螺纹连接，所述红外传感单元7安装于所述夹具体61中并通过夹紧螺栓62夹紧固定，以防止红外传感单元7的滑动。所述的夹具体6是由两个半圆弧的弹性铁片组成，并焊接在表面加工有螺纹孔的圆柱面上，红外传感单元7安装在夹具体61中，并通过夹紧螺栓62固定红外传感装置，夹具体6上的圆柱体的螺纹孔与球芯杆52螺纹连接，使夹具体6与Y向移动单元5连成一个整体。

在本实施例中，本发明采用万向球支撑单元为万向球结构，能够满足焊枪与焊件保持适当的高度，调节灵活方便。万向球支撑机构单元设有调节杆，通过调节把手调节和固定调节杆，能够有效保障测定焊枪的高度更加精确，能够使装置的使用范围更加广泛。X向丝杆传动单元采用滚珠丝杆传动方式，并配合步进电机，方便红外测量仪能够与焊枪同步移动，你能够更加精确的测量焊接熔池的变化过程。Y向移动单元采用万向球结构，实现红外传感单元能够绕万向球碗杆作圆弧运动。本实施例所述的一种焊接温度场红外在线测量装置能快速方便测定焊接过程焊接熔池变化，整体结构科学合理，并且使用方便，生产工艺简便，制造成本较低，无环境污染，易于普及推广。

在本实施例中，红外传感单元7由多个非接触式红外测温传感器构成，多个非接触式红外测温传感器在平面上呈线性、矩阵或者散点分布。红外传感单元用于测量焊件的温度场以及温度梯度。所述红外传感单元通过调节万向球支撑单元、Z向滑动单元、X向丝杆传动单元以及Y向移动单元来调节其高度位置。

本发明所述的一种焊接温度场红外在线测量装置还包括处理单元。

所述红外传感单元与处理单元电性连接，用于采集焊件上焊点的熔池红外热成像数据，并将采集到的红外热成像数据发送到处理单元中。

所述处理单元用于分析熔池红外热成像数据，获取焊接参数，将焊接参数与预设在处理单元中的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。

作为一种优选的方案，所述处理单元包括图像处理器、质量分析器以及存储器。

所述图像处理器用于对熔池红外热成像数据进行分析，获取焊接参数。质量分析器用于将焊接参数与预设的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。存储器用于储存熔池红外热成像数据。

其中，焊接参数包括熔池尺寸、结构以及温度梯度。

利用红外传感单元摄录所述焊点的熔池红外热成像数据，采集并发送熔池红外热成像数据至处理单元中，然后分析熔池红外热成像数据获取焊接参数，将焊接参数与预设的焊接标准相比较，获取焊点质量评估结果，可以提高了监测效率及质量，降低漏检率，为焊接质量提供参考数据。

实施例三：

如图1所示，一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：

万向球支撑单元2；

Z向滑动单元3，设于所述万向球支撑单元2之上，可相对万向球支撑单元2在垂直方向上移动；

X向丝杆传动单元4，如图6所示，其包括轨道41、丝杆42、滑块43、联轴器44以及步进电机45，所述Z向滑动单元3连接于轨道41的底面，所述丝杆42可转动地设于轨道41之中，所述步进电机45设于轨道41的一侧，所述步进电机45的输出轴通过联轴器44与丝杆42传动连接，所述滑块43通过螺母与丝杆42螺纹连接；所述轨道41底部的凸台加工有螺纹孔，用来与Z向滑动单元3一端进行螺纹连接；

所述丝杆42两端的光杆上安装有轴承46，并通过轴承46安装在轨道41的两端面通孔之中，以与轨道41形成可转动的连接关系；所述的滑块43同过螺母与丝杆进行螺纹，以形成滚珠丝杆传动方式；所述步进电机45通过螺栓固定在轨道41的一侧上，其输出轴通过联轴器44与丝杆42连接；在步进电机45的驱动下，丝杆42转动带动滑块43的往复滑动运动，实现测量装置在X方向上的移动。

Y向移动单元5，如图7所示，其包括万向球碗杆51和球芯杆52，所述万向球碗杆51的一端与滑块43相连接并可相对X向丝杆传动单元4移动，所述万向球碗杆51的另一端通过球铰链与球芯杆52的一端连接；

夹具单元6以及红外传感单元7，如图8所示，所述夹具单元6的一端与球芯杆52的另一端固定连接，所述夹具单元6的另一端红外传感单元7固定连接，所述红外传感单元7位于焊件1的上方。

如图2、图3以及图4所示，所述万向球支撑单元2包括防滑套21，调节杆22、若干根球头杆23、调节把手24、万向球壳25以及固定把手26，所述球头杆23的一端设有盲孔232，所述球头杆23的另一端设有第一球头231，所述球头杆23的侧面上设有第一螺纹通孔233，所述调节杆22的一端与所述防滑套21连接，所述调节杆22的另一端伸入盲孔232之中，所述调节把手24与第一螺纹通孔233螺纹连接，所述万向球壳25的下表面设有若干个与第一球头231相匹配的第一球碗251，所述第一球头231镶嵌在第一球碗251中，所述第一球碗251的侧壁设有第二螺纹通孔，所述固定把手26与第二螺纹通孔螺纹连接。所述的防滑套21安装在调节杆22的一端，防止测量装置的滑动；所述的调节杆22的另一端伸入球头杆23底端的盲孔232中，通过调节把手24固定和调节调节杆22的伸长量；所述的球头杆23上的第一球头231安装在万向球壳25上的第一球碗251之中，通过固定把手26固定。通过调节球头杆23与地面之间的角度和调节杆22的伸长量，控制万向球头支撑单元2的高度，实现红外传感单元7能够绕万向球碗杆51作圆弧运动。球头杆23的数量最好为3根，其设在万向球壳25的底部，形成三角支撑作用。

如图4所示，所述万向球支撑单元2还包括Z向调节把手27，所述万向球壳25的中心设有通孔252，所述通孔252的侧壁设有第三螺纹通孔，所述Z向调节把手27与第三螺纹通孔螺纹连接，所述Z向滑动单元3为一直杆，所述Z向滑动单元3的下端穿过所述通孔252，所述Z向滑动单元3的上端与轨道41的底面螺纹连接。

在本发明中，如图1和图5所示，Z向滑动单元3，其一端设有螺纹结构，并与X向丝杆传动单元4上的轨道41底部凸台的螺纹孔连接，另一端穿过万向球壳25中心的通孔252，并通过万向球头支撑单元2上的Z向调节把手27调节装置在Z方向上的的高度。

所述万向球碗杆51的另一端设有第二球碗511，所述球芯杆52的一端设有第二球头521，所述第二球头521镶嵌在第二球碗511中形成球铰链结构，可以实现红外传感单元7绕万向球碗杆51作圆弧运动；在所述滑块43之上设有一个抱箍，所述的万向球碗杆51穿过滑块43上的抱箍，并通过抱箍来调节和固定万向球碗杆51的伸长量，通过控制万向球碗杆51在Y方向上的伸长量，来实现测量装置在Y方向的移动。万向球碗杆51垂直于所述轨道41。

所述夹具单元6包括抱箍以及抱箍底座，所述球芯杆52的另一端与所述抱箍底座螺纹连接，所述红外传感单元7夹紧于所述抱箍之中。

作为一种优选方案，所述夹具单元6包括夹具体61和夹紧螺栓62，所述球芯杆52的一端与所述夹具体61螺纹连接，所述红外传感单元7安装于所述夹具体61中并通过夹紧螺栓62夹紧固定，以防止红外传感单元7的滑动。所述的夹具体6是由两个半圆弧的弹性铁片组成，并焊接在表面加工有螺纹孔的圆柱面上，红外传感单元7安装在夹具体61中，并通过夹紧螺栓62固定红外传感装置，夹具体6上的圆柱体的螺纹孔与球芯杆52螺纹连接，使夹具体6与Y向移动单元5连成一个整体。

在本实施例中，本发明采用万向球支撑单元为万向球结构，能够满足焊枪与焊件保持适当的高度，调节灵活方便。万向球支撑机构单元设有调节杆，通过调节把手调节和固定调节杆，能够有效保障测定焊枪的高度更加精确，能够使装置的使用范围更加广泛。X向丝杆传动单元采用滚珠丝杆传动方式，并配合步进电机，方便红外测量仪能够与焊枪同步移动，你能够更加精确的测量焊接熔池的变化过程。Y向移动单元采用万向球结构，实现红外传感单元能够绕万向球碗杆作圆弧运动。本实施例所述的一种焊接温度场红外在线测量装置能快速方便测定焊接过程焊接熔池变化，整体结构科学合理，并且使用方便，生产工艺简便，制造成本较低，无环境污染，易于普及推广。

红外传感单元7可以由多个非接触式红外测温传感器构成，多个非接触式红外测温传感器在平面上呈线性、矩阵或者散点分布。红外传感单元用于测量焊件的温度场以及温度梯度。所述红外传感单元通过调节万向球支撑单元、Z向滑动单元、X向丝杆传动单元以及Y向移动单元来调节其高度位置。

本发明所述的一种焊接温度场红外在线测量装置还包括处理单元以及图像采集卡。

在本实施例中，所述红外传感单元为红外热成像仪，其与图像采集卡电性连接，用于摄录焊件上焊点的熔池红外热成像数据，并将采集到的红外热成像数据发送到图像采集卡中。

所述图像采集卡用于采集熔池红外热成像数据，将熔池红外热成像数据发送到处理单元中。

所述处理单元用于分析熔池红外热成像数据，获取焊接参数，将焊接参数与预设在处理单元中的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。

作为一种优选的方案，所述处理单元包括图像处理器、质量分析器以及存储器。

所述图像处理器用于对熔池红外热成像数据进行分析，获取焊接参数。质量分析器用于将焊接参数与预设的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果。存储器用于储存熔池红外热成像数据。

其中，焊接参数包括熔池尺寸、结构以及温度梯度。

利用红外传感单元摄录所述焊点的熔池红外热成像数据，采集并发送熔池红外热成像数据至处理单元中，然后分析熔池红外热成像数据获取焊接参数，将焊接参数与预设的焊接标准相比较，获取焊点质量评估结果，可以提高了监测效率及质量，降低漏检率，为焊接质量提供参考数据。

作为一种更有选的技术方案，在本实施例中，所述处理单元还包括滤波器单元，滤波器单元为Gabor滤波器。滤波器单元与图像采集卡相连。图像采集卡将采集的熔池红外热成像数据发送到滤波器单元进行滤波，去除红外热成像数据在获取或是传输过程中收到随机信号干扰，方便对熔池红外热成像数据进行分析，提高焊点质量评估的准确度。

综上所述，本发明公开的一种焊接温度场红外在线测量装置，所产生的有益技术效果包括：

1、所述的一种焊接温度场红外在线测量装置能快速方便测定焊接过程焊接熔池变化，整体结构科学合理，并且使用方便，生产工艺简便，制造成本较低，无环境污染，易于普及推广；

2、利用红外传感单元摄录所述焊点的熔池红外热成像数据，采集并发送熔池红外热成像数据至处理单元中，然后分析熔池红外热成像数据获取焊接参数，将焊接参数与预设的焊接标准相比较，获取焊点质量评估结果，可以提高了监测效率及质量，降低漏检率，为焊接质量提供参考数据；

3、图像采集卡将采集的熔池红外热成像数据发送到滤波器单元进行滤波，去除红外热成像数据在获取或是传输过程中收到随机信号干扰，方便对熔池红外热成像数据进行分析，提高焊点质量评估的准确度；

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法、***和设备是示例，各种配置可以适当地省略、替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法和/或可以添加、省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本发明公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置,例如已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本发明公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种焊接温度场红外在线测量装置，包括：

万向球支撑单元；

Z向滑动单元，设于所述万向球支撑单元之上，可相对万向球支撑单元在垂直方向上移动；

X向丝杆传动单元，包括轨道、丝杆、滑块、联轴器及步进电机，所述Z向滑动单元连接于轨道的底面，所述丝杆可转动地设于轨道之中，所述步进电机设于轨道的一侧，所述步进电机的输出轴通过联轴器与丝杆传动连接，所述滑块通过螺母与丝杆螺纹连接；在所述步进电机的驱动下，所述丝杆转动带动滑块的往复滑动运动，实现测量装置在X方向上的移动；

Y向移动单元，包括万向球碗杆和球芯杆，所述万向球碗杆的一端与滑块相连接并可相对X向丝杆传动单元移动，所述万向球碗杆的另一端通过球铰链与球芯杆的一端连接；在所述滑块之上设有一个抱箍，所述万向球碗杆穿过滑块上的抱箍并通过抱箍来调节和固定万向球碗杆的伸长量，通过控制万向球碗杆在Y方向上的伸长量，来实现测量装置在Y方向的移动；万向球碗杆垂直于所述轨道；

夹具单元以及红外传感单元，所述夹具单元的一端与球芯杆的另一端固定连接，所述夹具单元的另一端红外传感单元固定连接；

红外传感单元由多个非接触式红外测温传感器构成，多个非接触式红外测温传感器在平面上呈线性、矩阵或者散点分布；

还包括处理单元以及图像采集卡，所述红外传感单元为红外热成像仪并与图像采集卡电性连接，所述红外传感单元用于摄录焊件上焊点的熔池红外热成像数据并将采集到的红外热成像数据发送到图像采集卡中；

所述图像采集卡用于采集熔池红外热成像数据并将熔池红外热成像数据发送到处理单元中；

所述处理单元用于分析熔池红外热成像数据，获取焊接参数，将焊接参数与预设在处理单元中的焊接标准进行比较，获取焊点质量评估结果；

所述处理单元包括滤波器单元，滤波器单元为Gabor滤波器，滤波器单元与图像采集卡相连，图像采集卡将采集的熔池红外热成像数据发送到滤波器单元进行滤波；

所述万向球支撑单元包括防滑套，调节杆、若干根球头杆、调节把手、万向球壳以及固定把手，所述球头杆的一端设有盲孔，所述球头杆的另一端设有第一球头，所述球头杆的侧面上设有第一螺纹通孔，所述调节杆的一端与所述防滑套连接，所述调节杆的另一端伸入盲孔之中，所述调节把手与第一螺纹通孔螺纹连接，所述万向球壳的下表面设有若干个与第一球头相匹配的第一球碗，所述第一球头镶嵌在第一球碗中，所述第一球碗的侧壁设有第二螺纹通孔，所述固定把手与第二螺纹通孔螺纹连接；

所述万向球支撑单元还包括Z向调节把手，所述万向球壳的中心设有通孔，所述通孔的侧壁设有第三螺纹通孔，所述Z向调节把手与第三螺纹通孔螺纹连接，所述Z向滑动单元为一直杆，所述Z向滑动单元的下端穿过所述通孔，所述Z向滑动单元的上端与轨道的底面螺纹连接；

Z向滑动单元的一端设有螺纹结构并与X向丝杆传动单元上的轨道底部凸台的螺纹孔连接，另一端穿过万向球壳中心的通孔并通过万向球支撑单元上的Z向调节把手调节装置在Z方向上的高度。

2.如权利要求1所述一种焊接温度场红外在线测量装置，所述万向球碗杆的另一端设有第二球碗，所述球芯杆的一端设有第二球头，所述第二球头镶嵌在第二球碗中形成球铰链结构。

3.如权利要求2所述一种焊接温度场红外在线测量装置，所述夹具单元包括抱箍以及抱箍底座，所述球芯杆的另一端与所述抱箍底座螺纹连接，所述红外传感单元夹紧于所述抱箍之中。

4.如权利要求2所述一种焊接温度场红外在线测量装置，所述夹具单元包括夹具体和夹紧螺栓，所述球芯杆的另一端与所述夹具体螺纹连接，所述红外传感单元安装于所述夹具体中并通过夹紧螺栓夹紧固定。

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