一种采集等离子体光谱空域信息的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种采集等离子体光谱空域信息的方法与装置，其中装置包括位移台，在所述位移台上设有通光管或者至少两个互相平行且同心的光阑，各个光阑间隔预设距离依次连接在一起，所述通光管的一端与光纤耦合器相连接，或者其中一个处于端部的光阑与光纤耦合器相连接，所述光纤耦合器经光纤与光纤分束器或者光路切换器相连接，从所述光纤分束器或者光路切换器引出两条光纤，其中一条光纤连接至引导光光源，另一条光纤连接至光谱信息处理设备，所述装置还包括用于使工件产生等离子体的设备。上述采集等离子体光谱空域信息的方法与装置可以在较高的精度下实现对等离子体光谱空域信息的采集，系统稳定性强、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种采集等离子体光谱空域信息的方法与装置
本专利技术涉及焊接
，尤其涉及一种采集等离子体光谱空域信息的方法与装置。
技术介绍
随着我国工业智能制造的快速发展，对焊接过程稳定性及焊接质量提出了更高的要求。无论是在焊接的研究还是实际应用中，对焊接等离子体光谱信息的测量与分析都是十分重要的。等离子体发射光谱作为焊接过程中最丰富的信号源，具有信息丰富、可进行非接触测量等优良特性。它不仅包含了焊材中的金属元素，还囊括了氮、氢、氧等气体成分，更与等离子体内部电子温度、粒子密度和成分等微观状态以及焊接质量等宏观状态联系密切，是反映焊接过程本质的重要信息。等离子体光谱的空域信息指的是光谱信息在空间中的不同位置的分布。获得空域信息对于研究焊接过程的物理本质有很大的价值。光谱分析技术在成分感知和物质鉴别方面具有快速、无损等特点，通过对焊接过程的等离子体进行光谱分析可以获得焊接过程的状态信息。专利申请号为201910321019.9、专利技术创造名称为一种机器人弧焊过程电弧光谱同步采集装置及方法的专利申请公开的方法为常见的直接采集法，即采用透镜或透镜组对准等离子体，将整个等离子体所发射的光全部收集起来，通过光纤传送给光谱信息处理设备进行处理。上述方案采集的光谱信息是等离子体的整体光谱信息，不能获取等离子体中不同位置的光谱信息，不利于对电弧物理的研究。专利申请号为201811116805.7、专利技术创造名称为一种测量焊接电弧光谱空域信息的方法和装置的专利申请公开了采用小孔成像的方法，将等离子体通过小孔成像倒映在像平面内，使用电动二维位移平台搭载光谱探头在像平面内移动，从而获取等离子体不同位置的光谱信息。上述方案具有以下缺点：1)可以获取空域信息，但定位困难，空间分辨率较低；2)实际上采集的是斜线方向的光谱信息的整体状况，存在误差；3)需要仔细调整小孔成像的物距与相距。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种采集等离子体光谱空域信息的方法与装置，以便在较高的精度下实现对等离子体光谱空域信息的采集，系统稳定性强、可靠性高。为了实现上述目的，本申请的一方面提出了一种采集等离子体光谱空域信息的装置，包括位移台，在所述位移台上设有通光管或者至少两个相互平行且同心的光阑，各个光阑间隔预设距离依次连接在一起，所述通光管的一端与光纤耦合器相连接，或者其中一个处于端部的光阑与光纤耦合器相连接，所述光纤耦合器经光纤与光纤分束器或者光路切换器相连接，从所述光纤分束器或者光路切换器引出两条光纤，其中一条光纤连接至引导光光源，另一条光纤连接至光谱信息处理设备，所述装置还包括用于使工件产生等离子体的设备。在一些实施例中，用于使工件产生等离子体的设备采用激光器或者焊接电源。在一些实施例中，所述通光管为中空的管道，其内径为0.2mm～0.7mm，外径为1mm～12mm，所述通光管的外壁设有吸光材料层，该材料层在波长200nm～1200nm范围内的吸光度大于85％。在一些实施例中，所述位移台带有刻度，所述位移台上的刻度反映了通光管或者光阑的空间位置，所述位移台的移动精度高于0.1mm。本申请的另一方面提出了一种采集等离子体光谱空域信息的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、打开引导光光源，调整光纤耦合器的旋钮并调整位移台的刻度，使所述引导光光源发出的引导光经过通光管或者光阑后能指向待产生的等离子体所涉及区域的某一位置，该位置对应着等离子体的初始的光谱空域信息；步骤2、保持通光管或者光阑的空间位姿不变，关闭引导光光源，令激光束或者焊接热源照射在工件上，产生等离子体，通过光谱信息处理设备接收等离子体的光谱空域信息；步骤3、光谱信息处理设备将获得的等离子体的光谱空域信息传送至计算机和/或其他设备进行存储和/或处理；步骤4、保持通光管或光阑的空间姿态不变，调整位移台的刻度，以改变通光管或光阑的空间位置，采集等离子体所涉及区域中与所述通光管或者光阑相对应的位置所对应的光谱空域信息；步骤5、重复步骤4，直至获得等离子体所涉及区域的全部位置所对应的光谱空域信息。在一些实施例中，当使用光路切换器时，在引导光光源打开之前将光路切换至引导光光源，在引导光光源关闭后，将光路切换至光谱信息处理设备。本申请的该方案的有益效果在于上述采集等离子体光谱空域信息的方法与装置，可以在较高的精度下实现对等离子体光谱空域信息的采集，系统稳定性强、可靠性高；研究者可以使用本申请涉及的方法及装置采集相关信息，之后用来研究焊接等离子体的物理特性，进而揭示焊接过程的本质，提高焊接过程的稳定性，生产用户可以利用本申请涉及的方法及装置采集相关信息，之后实现对焊接质量的在线检测。附图说明图1示出了实施例中采集等离子体光谱空域信息的装置的结构示意图。图2示出了实施例中通光管的结构示意图。附图标记：1-等离子体，2-工件，3-激光束，4-通光管，5-光纤耦合器，6-光纤分束器，7-光纤，8-引导光光源，9-光谱仪，10-位移台，11-外壁，12-内壁，13-直射光，14-散射光。具体实施方式下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步的说明。如图1所示，本申请所涉及的采集等离子体光谱空域信息的装置包括位移台10，在所述位移台10上设有通光管4或者至少两个相互平行且同心的光阑，各个光阑间隔预设距离依次连接在一起，所述通光管4的一端与光纤耦合器5相连接，或者其中一个处于端部的光阑与光纤耦合器5相连接，所述光纤耦合器5经光纤与光纤分束器6或者光路切换器相连接，从所述光纤分束器6或者光路切换器引出两条光纤7，其中一条光纤7连接至引导光光源8，另一条光纤7连接至光谱信息处理设备，例如光谱仪9，所述装置还包括用于使工件2产生等离子体1的设备，例如激光器或者焊接电源，其中激光器产生激光束3，焊接电源可以产生TIG电弧，MIG电弧或者等离子弧，激光束3或者焊接热源(TIG电弧，MIG电弧或者等离子弧)均可使工件2产生等离子体1。如图2所示，在本实施例中，所述通光管4为中空的管道，其内径为0.2mm～0.7mm，外径为1mm～12mm，所述通光管4的外壁11设有吸光材料层，该材料层在波长200nm～1200nm范围内的吸光度大于85％，在本实施例中，所述吸光材料层可采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司生产销售的AcktarSpectralBlackTM吸光膜。通过吸光材料层的设置可以吸收目标测量区域以外发出的散射光14，目标测量区域发出的直射光13可以直接穿过通光管4而不受影响。在本实施例中，所述位移台10带有刻度，所述位移台10上的刻度反映了通光管4或者光阑的空间位置，所述通光管4或者光阑的空间位置对应着等离子体1的空间位置。所述位移台10的移动精度高于0.1mm，可以对测量位置进行定位与记录。本申请所涉及的采集等离子体光谱空域信息的方法包括以下步骤：步骤1、打开引导光光源8，调整光纤耦合器5的旋钮并调整位移台10的刻度，使所述引导光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采集等离子体光谱空域信息的装置，其特征在于：包括位移台，在所述位移台上设有通光管或者至少两个互相平行且同心的光阑，各个光阑间隔预设距离依次连接在一起，所述通光管的一端与光纤耦合器相连接，或者其中一个处于端部的光阑与光纤耦合器相连接，所述光纤耦合器经光纤与光纤分束器或者光路切换器相连接，从所述光纤分束器或者光路切换器引出两条光纤，其中一条光纤连接至引导光光源，另一条光纤连接至光谱信息处理设备，所述装置还包括用于使工件产生等离子体的设备。/n

【技术特征摘要】
1.一种采集等离子体光谱空域信息的装置，其特征在于：包括位移台，在所述位移台上设有通光管或者至少两个互相平行且同心的光阑，各个光阑间隔预设距离依次连接在一起，所述通光管的一端与光纤耦合器相连接，或者其中一个处于端部的光阑与光纤耦合器相连接，所述光纤耦合器经光纤与光纤分束器或者光路切换器相连接，从所述光纤分束器或者光路切换器引出两条光纤，其中一条光纤连接至引导光光源，另一条光纤连接至光谱信息处理设备，所述装置还包括用于使工件产生等离子体的设备。


2.根据权利要求1所述的采集等离子体光谱空域信息的装置，其特征在于：用于使工件产生等离子体的设备采用激光器或者焊接电源。


3.根据权利要求1所述的采集等离子体光谱空域信息的装置，其特征在于：所述通光管为中空的管道，其内径为0.2mm～0.7mm，外径为1mm～12mm，所述通光管的外壁设有吸光材料层，该材料层在波长200nm～1200nm范围内的吸光度大于85％。


4.根据权利要求1所述的采集等离子体光谱空域信息的装置，其特征在于：所述位移台带有刻度，所述位移台上的刻度反映了通光管或者光阑的空间位置，所述位移台的移动精度高于0.1mm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，马程远，檀财旺，宋晓国，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37