專利名稱：電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電弧焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路。
背景技術(shù)：
CO2氣體保護(hù)焊是目前焊接過程最常用的氣體保護(hù)焊焊接方法之一，因其焊接過程成本低，質(zhì)量易于控制，而被廣泛應(yīng)用。溶滴短路過渡焊是CO2氣體保護(hù)焊中常出現(xiàn)的一種溶滴過渡方式電弧焊將焊絲端部加熱融化，形成懸掛在焊絲端頭的溶滴后，通過溶滴與工件上溶池的接觸(即所謂短路)，而將焊絲融化金屬過渡到焊縫中去。參見圖I。溶滴短 路過渡焊過程的圖像分析對(duì)提高焊接電弧穩(wěn)定性、改善焊縫成型、減小金屬飛濺、提高焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化有著深遠(yuǎn)的意義。由于在焊接過程中，短路過程進(jìn)行得非常迅速，因此須借助于高速攝像裝置對(duì)溶滴過渡過程進(jìn)行拍照顯示。常見的高速攝像裝置主要由光源部分、擴(kuò)束部分、成像部分和攝像部分4個(gè)部分構(gòu)成。其中光源由點(diǎn)光源或平 行光源組成；擴(kuò)束部分有顯微目鏡及凸透鏡組成；成像部分包括焊絲、成像物鏡、小孔光闌和干涉玻璃片組成；攝像部分采用數(shù)字高速攝像機(jī)對(duì)整個(gè)焊接過程進(jìn)行全程拍攝，并將該圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中供后期圖像分析之用。然而，因?yàn)殡娀〖叭鄣晤i縮后產(chǎn)生的飛濺現(xiàn)象的存在，所以目前電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)中的高速攝像機(jī)在非短路時(shí)間段內(nèi)拍攝的圖像是模糊不清。這些不清晰的圖像存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，既會(huì)耗費(fèi)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量，同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算機(jī)后期圖像處理的負(fù)擔(dān)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，它能夠?qū)Ω咚贁z像裝置中的數(shù)字高速相機(jī)的拍攝周期進(jìn)行自適應(yīng)控制，讓數(shù)字高速相機(jī)僅在短路時(shí)段進(jìn)行拍攝。為解決上述問題，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，它主要由電源、以及與電源相連的電流傳感單元、信號(hào)放大單元、低通濾波單元、波形整形變換單元、可變計(jì)數(shù)單元和控制單元組成；其中電流傳感單元穿套在電焊機(jī)的電源線上；電流傳感單元的輸出端依次通過信號(hào)放大單元、低通濾波單元和波形整形變換單元與可變計(jì)數(shù)單元的輸入端相連；可變計(jì)數(shù)單元的控制端連接控制單元；可變計(jì)數(shù)單元的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。上述方案中，所述波形整形變換單元為施密特觸發(fā)器。上述方案中，所述施密特觸發(fā)器主要由第一運(yùn)算放大器、第十可變電阻、第九可變電阻、第六電容和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成；其中低通濾波器的輸出端連接至第一運(yùn)算放大器的反向輸入端；第九可變電阻的兩端分別與模擬電源和電源地相連，第九可變電阻的控制端與第一運(yùn)算放大器的正向輸入端連接；第六電容的兩端分別與第九可變電阻的控制端和電源地相接；第十可變電阻的兩端分別跨接在第一運(yùn)算放大器的正向輸入端和輸出端上，第十可變電阻的控制端與第一運(yùn)算放大器的輸出端相連；穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與第一運(yùn)算放大器的輸出端相接，穩(wěn)壓二極管的正極與電源地相接。上述方案中，所述可變計(jì)數(shù)單元主要由反相器、雙D觸發(fā)器、與門、鎖存器和3個(gè)同步可逆計(jì)數(shù)器組成；其中波形整形變換單元的輸出端與反相器的輸入端相連，反相器的輸出端分別連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器和第六同步可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端；雙D觸發(fā)器的置I端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器的清零端連接第九同步可逆計(jì)數(shù)器的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器的輸出端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器的清零輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器和第九同步可逆計(jì)數(shù)器的異步并行負(fù)載輸入端，雙D觸發(fā)器的反向輸出端則連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器的異步并行負(fù)載輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器和第九同步可逆計(jì)數(shù)器的清零輸入端、以及鎖存器的第四數(shù)據(jù)輸入端；第六同步可逆計(jì)數(shù)器的行波時(shí)鐘輸出端與第九同步可逆計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端相連；與門的一個(gè)輸入端分別 連接反相器的輸入端和鎖存器的第三數(shù)據(jù)輸入端，與門的另一個(gè)輸入端則分別連接雙D觸發(fā)器的反向輸出端和鎖存器的第四數(shù)據(jù)輸入端，與門的輸出端連接鎖存器的第五數(shù)據(jù)輸入端；第八同步可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器的其中一個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接電源參考電壓，其余三個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接電源地；第六同步可逆計(jì)數(shù)器和第九同步可逆計(jì)數(shù)器的4個(gè)計(jì)數(shù)輸入端均經(jīng)由總線與控制單元的輸出端相連；鎖存器的第六和第七數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)由總線連接控制單元的輸出端，鎖存器的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。上述方案中，所述控制單元上還接有計(jì)數(shù)按鍵。上述方案中，所述控制單元上還接有數(shù)碼顯示管，此時(shí)鎖存器的第七和第八數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)該數(shù)碼顯示管與控制單元的輸出端連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型增設(shè)在數(shù)字高速相機(jī)的電子快門上，其能夠利用焊接過程中的電流波形作為依據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速攝像機(jī)的拍攝周期，即在因亮度過高而造成圖像模糊的電弧時(shí)期不拍攝，在圖像相對(duì)清晰的短路時(shí)期進(jìn)行拍攝，從而獲得更清晰的焊弧度動(dòng)態(tài)視覺效果；這樣不僅能夠減小存入計(jì)算機(jī)中視頻流的大小，而且能夠減小后期圖像處理的負(fù)擔(dān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)；此外，本實(shí)用新型還通過可變計(jì)數(shù)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)拍攝周期的人工控制，使圖像的顯示即滿足人眼的視覺暫留效應(yīng)，又不致于太快看不清楚。

圖I為溶滴短路過渡焊的焊接過程圖；圖2為一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路的原理圖；圖3為一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路的電路圖；圖4為模擬電源電路圖；圖5為數(shù)字電源電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，如圖2所示，它主要由電源、以及與電源相連的電流傳感單元、信號(hào)放大單元、低通濾波單元、波形整形變換單元、可變計(jì)數(shù)單元和控制單元組成。其中電流傳感單元穿套在電焊機(jī)的電源線上；電流傳感單元的輸出端依次通過信號(hào)放大單元、低通濾波單元和波形整形變換單元與可變計(jì)數(shù)單元的輸入端相連；可變計(jì)數(shù)單元的控制端連接控制單元；可變計(jì)數(shù)單元的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路的電路圖如圖3所示，其中上述信號(hào)放大電路主要由第三運(yùn)算放大器U2C、第二固定電阻R2、第三固定電阻R3、第四固定電阻R4、第六固定電阻R6、可變電阻R5，電解電容C2組成。第二固定電阻R2和第三固定電阻R3相互串聯(lián)，且第二固定電阻R2的一端與電源地相接，第三固定電阻R3的一端與模擬電源VCC相接。第四固定電阻R4和第六固定電阻R6的其中一端同時(shí)接在第二固定電阻R2和第三固定電阻R3之間；第四固定電阻R4的另一端則與第三運(yùn)算放大器U2C的反向輸入端相連；第六固定電阻R6的另一端則與第三運(yùn)算放大器U2C的正向輸入端相連?？勺冸娮鑂5的兩端分別接在第三運(yùn)算放大器U2C的反向輸入端和輸出端上，可變電阻R5的控制端則與第三運(yùn)算放大器U2C的輸出端相連。電解電容C2的正端連接電流傳感單元，電解電容C2的負(fù)端連接第三運(yùn)算放大器U2C的正向輸入端。上述低通濾波器主要由第二運(yùn)算放大器U2B、第八固定電阻R8、第五電容C5組成。信號(hào)放大電路的輸出端經(jīng)由第八固定電阻R8與第二運(yùn)算放大器U2B的正向輸入端相連。第五電容C5的一端連接第二運(yùn)算放大器U2B的正向輸入端，另一端與電源地相接。第二運(yùn)算放大器U2B的反向輸入端與其輸出端相接。上述波形整形變換單元為施密特觸發(fā)器。所述施密特觸發(fā)器主要由第一運(yùn)算放大器U2A、第十可變電阻R10、第九可變電阻R9、第六電容C6和穩(wěn)壓二極管Dl構(gòu)成。其中低通濾波器的輸出端連接至第一運(yùn)算放大器U2A的反向輸入端。第九可變電阻R9的兩端分別與模擬電源AVCC和電源地相連，第九可變電阻R9的控制端與第一運(yùn)算放大器U2A的正向輸入端連接。第六電容C6的兩端分別與第九可變電阻R9的控制端和電源地相接。第十可變電阻RlO的兩端分別跨接在第一運(yùn)算放大器U2A的正向輸入端和輸出端上，第十可變電阻RlO的控制端與第一運(yùn)算放大器U2A的輸出端相連；穩(wěn)壓二極管Dl的負(fù)極與第一運(yùn)算放大器U2A的輸出端相接，穩(wěn)壓二極管Dl的正極與電源地相接。上述可變計(jì)數(shù)單元主要由反相器U10A、雙D觸發(fā)器U5A、與門U3A、鎖存器U7和3個(gè)同步可逆計(jì)數(shù)器U6、U9和U8組成。其中波形整形變換單元的輸出端與反相器UlOA的輸入端相連，反相器UlOA的輸出端分別連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器U8和第六同步可逆計(jì)數(shù)器U6的時(shí)鐘輸入端。雙D觸發(fā)器U5A的置I端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器U8的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器U5A的清零端連接第九同步可逆計(jì)數(shù)器U9的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器U5A的輸出端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器U8的清零輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器U6和第九同步可逆計(jì)數(shù)器U9的異步并行負(fù)載輸入端，雙D觸發(fā)器U5A的反向輸出端則連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器U8的異步并行負(fù)載輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器U6和第九同步可逆計(jì)數(shù)器U9的清零輸入端、以及鎖存器U7的第四數(shù)據(jù)輸入端。第六同步可逆計(jì)數(shù)器U6的行波時(shí)鐘輸出端與第九同步可逆計(jì)數(shù)器U9的時(shí)鐘輸入端相連。與門U3A的一個(gè)輸入端分別連接反相器UlOA的輸入端和鎖存器U7的第三數(shù)據(jù)輸入端，與門U3A的另一個(gè)輸入端則分別連接雙D觸發(fā)器U5A的反向輸出端和鎖存器U7的第四數(shù)據(jù)輸入端，與門U3A的輸出端連接鎖存器U7的第五數(shù)據(jù)輸入端。為了能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行過濾，所述波形整形變換單元的輸出端經(jīng)由來(lái)2個(gè)相互串聯(lián)的反相器U4A和U4B相連與與門U3A的一個(gè)輸入端相連。第八同步可逆計(jì)數(shù)器U8的計(jì)數(shù)器的其中一個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接數(shù)字電源VCC，其余三個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接電源地；第六同步可逆計(jì)數(shù)器U6和第九同步可逆計(jì)數(shù)器U9的4個(gè)計(jì)數(shù)輸入端均經(jīng)由總線與控制單元的輸出端相連。鎖存器U7的第六和第七數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)由總線連接控制單元的輸出端，鎖存器U7的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。上述控制單元主要由單片機(jī)以及單片機(jī)外圍電路組成。為了能夠?qū)勺冇?jì)數(shù)器進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高速相機(jī)拍攝周期的人工控制，所述控制單元上還接有計(jì)數(shù)按鍵。為了能夠直觀顯示計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，所述控制單元上還接有數(shù)碼顯示管Rl，此時(shí)鎖存器U7的第六和第七數(shù)據(jù)輸出端經(jīng)該數(shù)碼顯示管與控制單元的輸出端連接。?？紤]到本實(shí)用新型既存在模擬電路，又存在數(shù)字電路，因此本實(shí)用新型電源包括模擬電源和數(shù)字電源。參見圖4和圖5。本實(shí)用新型以穿套在電焊機(jī)電源線上的電流傳感單元作為輸入。當(dāng)焊機(jī)正常工作時(shí)，工作電流一般在0 200A左右，通過配套的電流傳感單元的轉(zhuǎn)換，輸出變化規(guī)律與工作電流相同的交流電流0 20mA或電壓0 5V。電流傳感單元采集到的電流信號(hào)首先通過 300Hz的低通濾波單元濾波，然后再通過波形整形變換電路輸出與焊機(jī)工作電流相同頻率變化的矩形脈沖波形，在熔滴短路左右產(chǎn)生觸發(fā)沿，去控制照高速攝像機(jī)的拍攝動(dòng)作。由于目前焊機(jī)短路焊接周期最短不超過4mS，而一般的電流傳感單元響應(yīng)時(shí)間小于10nS，TTL門電路平均延時(shí)小于10nS，整個(gè)電流轉(zhuǎn)換控制電路延時(shí)小于IOOnS,完全滿足電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)拍照時(shí)間控制的要求。此外，在人工控制時(shí)，可變計(jì)數(shù)器的加入，使照片圖像的顯示即滿足人眼的視覺暫留效應(yīng)，又不致于太快而看不清楚。
權(quán)利要求1.電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于它主要由電源，以及與電源相連的電流傳感單元、信號(hào)放大單元、低通濾波單元、波形整形變換單元、可變計(jì)數(shù)單元和控制單元組成；其中電流傳感單元穿套在電焊機(jī)的電源線上；電流傳感單元的輸出端依次通過信號(hào)放大單元、低通濾波單元和波形整形變換單元與可變計(jì)數(shù)單元的輸入端相連；可變計(jì)數(shù)單元的控制端連接控制單元；可變計(jì)數(shù)單元的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于所述波形整形變換單元為施密特觸發(fā)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于所述施密特觸發(fā)器主要由第一運(yùn)算放大器(U2A)、第十可變電阻(R10)、第九可變電阻(R9)、第六電容(C6)和穩(wěn)壓二極管(Dl)構(gòu)成；其中低通濾波器的輸出端連接至第一運(yùn)算放大器(U2A)的反向輸入端；第九可變電阻(R9)的兩端分別與模擬電源(AVCC)和電源地相連，第九可變電阻(R9)的控制端與第一運(yùn)算放大器(U2A)的正向輸入端連接；第六電容(C6)的兩端分別與第九可變電阻(R9)的控制端和電源地相接；第十可變電阻(RlO)的兩端分別跨接在第一運(yùn)算放大器(U2A)的正向輸入端和輸出端上，第十可變電阻(RlO)的控制端與第一運(yùn)算放大器(U2A)的輸出端相連；穩(wěn)壓二極管(Dl)的負(fù)極與第一運(yùn)算放大器(U2A)的輸出端相接，穩(wěn)壓二極管(Dl)的正極與電源地相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項(xiàng)所述的電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于所述可變計(jì)數(shù)單元主要由反相器(UlOA)、雙D觸發(fā)器(U5A)、與門(U3A)、鎖存器(U7)和3個(gè)同步可逆計(jì)數(shù)器(U6、U9和U8)組成； 其中波形整形變換單元的輸出端與反相器(UlOA)的輸入端相連，反相器(UlOA)的輸出端分別連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器(U8)和第六同步可逆計(jì)數(shù)器(U6)的時(shí)鐘輸入端； 雙D觸發(fā)器(U5A)的置I端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器(U8)的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器(U5A)的清零端連接第九同步可逆計(jì)數(shù)器(U9)的行波時(shí)鐘輸出端，雙D觸發(fā)器(U5A)的輸出端連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器(U8)的清零輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器(U6)和第九同步可逆計(jì)數(shù)器(U9)的異步并行負(fù)載輸入端，雙D觸發(fā)器(U5A)的反向輸出端則連接第八同步可逆計(jì)數(shù)器(U8)的異步并行負(fù)載輸入端、第六同步可逆計(jì)數(shù)器(U6)和第九同步可逆計(jì)數(shù)器(U9)的清零輸入端、以及鎖存器(U7)的第四數(shù)據(jù)輸入端； 第六同步可逆計(jì)數(shù)器(U6)的行波時(shí)鐘輸出端與第九同步可逆計(jì)數(shù)器(U9)的時(shí)鐘輸入端相連； 與門(U3A)的一個(gè)輸入端分別連接反相器(UlOA)的輸入端和鎖存器(U7)的第三數(shù)據(jù)輸入端，與門(U3A)的另一個(gè)輸入端則分別連接雙D觸發(fā)器(U5A)的反向輸出端和鎖存器(U7)的第四數(shù)據(jù)輸入端，與門(U3A)的輸出端連接鎖存器(U7)的第五數(shù)據(jù)輸入端； 第八同步可逆計(jì)數(shù)器(U8)的計(jì)數(shù)器的其中一個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接數(shù)字電源(VCC)，其余三個(gè)計(jì)數(shù)輸入端連接電源地；第六同步可逆計(jì)數(shù)器(U6)和第九同步可逆計(jì)數(shù)器(U9)的4個(gè)計(jì)數(shù)輸入端均經(jīng)由總線與控制單元的輸出端相連； 鎖存器(U7)的第六和第七數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)由總線連接控制單元的輸出端，鎖存器(U7)的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于所述控制單元上還接有計(jì)數(shù)按鍵。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，其特征在于所述控制單元上還接有數(shù)碼顯示管，此時(shí)鎖存器(U7)的第七和第八數(shù)據(jù)輸入端經(jīng)該數(shù)碼顯示管與控制單元的輸出端連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種電弧焊接監(jiān)控系統(tǒng)高速相機(jī)電流觸發(fā)控制電路，它主要由電源、以及與電源相連的電流傳感單元、信號(hào)放大單元、低通濾波單元、波形整形變換單元、可變計(jì)數(shù)單元和控制單元組成；其中電流傳感單元穿套在電焊機(jī)的電源線上；電流傳感單元的輸出端依次通過信號(hào)放大單元、低通濾波單元和波形整形變換單元與可變計(jì)數(shù)單元的輸入端相連；可變計(jì)數(shù)單元的控制端連接控制單元；可變計(jì)數(shù)單元的輸出端與數(shù)字高速相機(jī)的電子快門相連。本實(shí)用新型能夠?qū)Ω咚贁z像裝置中的數(shù)字高速相機(jī)的拍攝周期進(jìn)行自適應(yīng)控制，讓數(shù)字高速相機(jī)僅在短路時(shí)段進(jìn)行拍攝。
文檔編號(hào)H04N5/235GK202527832SQ20122009449
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者劉曉剛, 吳江, 李興富, 蔣志勇 申請(qǐng)人:桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校