自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，包括順次設(shè)置測量光源、觸發(fā)光源、樣品、樣品夾持架、圓形光闌、環(huán)形光闌、光闌支架、凸透鏡、光電二極管，其中，激光光源、樣品、圓形光闌或環(huán)形光闌、凸透鏡和光電二極管處于同一光軸上，所述光電二極管的輸出信號由計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路采集，所述觸發(fā)光源由計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路觸發(fā)。本發(fā)明的有益效果是：能夠排除儀器自身的影響，準(zhǔn)確測量出透過自動(dòng)變光焊接濾光鏡的漫射光的亮度約化系數(shù)，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、測量精度高的特點(diǎn)。
【專利說明】自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于焊接作業(yè)時(shí)的防護(hù)裝備，特別涉及一種自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在焊接作業(yè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量紫外線、紅外線、強(qiáng)光傷害眼睛。因此人們研制出自動(dòng)變光焊接濾光鏡來保護(hù)焊工。自動(dòng)變光焊接濾光鏡由弧光傳感器、光閥、控制電路、電源、框架、內(nèi)外保護(hù)片等組成，通過弧光的引發(fā)和熄滅來自動(dòng)控制濾光鏡的遮光號轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)明暗態(tài)轉(zhuǎn)換，從而有效地提高對勞動(dòng)者的保護(hù)以及工作效率。
[0003]如圖1所示，當(dāng)一束平行光正面照射自動(dòng)變光焊接濾光鏡時(shí)，方向改變的出射光稱為漫射光。如果用Ls表示漫射光的強(qiáng)度，E表示入射光的照度，1=LS/E表示漫射的特性。由于I與透射比τν有關(guān)，為了直接表示漫射的特性，定義1*=1/ τν，稱為漫射光的約化亮度系數(shù)。多數(shù)自動(dòng)變光焊接濾光鏡產(chǎn)生的漫射光相對光軸是對稱的，因此通常測量與光軸夾角為α到Λ α之間的漫射光強(qiáng)來表示約化亮度系數(shù)的平均水平。一般我們選擇測量α=1.5°到α + Λ α=2°之間的立體角之間的漫射光強(qiáng)。
[0004]我國在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3609.2-2009中已提出了關(guān)于自動(dòng)變光焊接濾光鏡的檢測標(biāo)準(zhǔn)，針對漫射光指標(biāo)，給出了測量方法及裝置范例，但由于該測量系統(tǒng)比較復(fù)雜，搭建和調(diào)整系統(tǒng)并不方便，因此并未廣泛應(yīng)用，這也導(dǎo)致了目前市場上的漫射光測量儀器很少?？梢?，提出一種能夠比較方便且準(zhǔn)確測量漫射光的測量裝置是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠測量自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)的裝置。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，包括:數(shù)據(jù)采集控制電路、計(jì)算機(jī)，還包括順次于同一光軸上設(shè)置的測量光源、樣品、樣品夾持架、圓形光闌或環(huán)形光闌、光闌支架、凸透鏡和光電二極管。
[0007]所述光電二極管的輸出信號由計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路采集。
[0008]還包括觸發(fā)光源，所述觸發(fā)光源由計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路觸發(fā)。
[0009]所述測量光源包括固定支架上的激光器、電源，所述支架固定在裝置底板上。
[0010]所述激光器為532nm半導(dǎo)體激光器，出射光斑為2.5mm,發(fā)散角小于Imrad,功率為6mw,所用電源為5V電源。
[0011]所述觸發(fā)光源壓在樣品自身帶的弧光傳感器上。
[0012]所述樣品距離圓形光闌或環(huán)形光闌為400±2mm,圓形光闌的通光直徑為IOmm,環(huán)形光闌內(nèi)環(huán)直徑21.0±0.Imm,外環(huán)直徑28.0±0.1mm。
[0013]所述采集控制電路包括I/V變換電路、增益控制電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、限流電阻。[0014]所述單片機(jī)電路通過所述增益控制電路與I/V變換電路電連接；所述增益控制電路包括限流電阻、三極管和繼電器；所述Ι/v變換電路包括4個(gè)反饋通路和低偏置電流放大器；所述單片機(jī)電路設(shè)置有4個(gè)I/O接口，每個(gè)I/O接口通過限流電阻與三極管基級電連接，所述三極管的集電極與繼電器控制端電連接，繼電器的常開觸點(diǎn)與ΙΛ變換電路中的反饋通路電連接，繼電器的公共觸點(diǎn)分別與低偏置電流放大器的輸出端電連接和低通濾波電路電連接。
[0015]所述低偏置電流放大器負(fù)輸入端與光電二極管的負(fù)極電連接，還與所述I/V變換電路的4路反饋通路電連接，所述光電二極管的正極接地。
[0016]所述單片機(jī)帶有PWM輸出口，PWM輸出口連接限流電阻控制紅外LED燈。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:能夠排除儀器自身的影響，準(zhǔn)確測量出透過自動(dòng)變光焊接濾光鏡的漫射光的亮度約化系數(shù)，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、測量精度高的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是通過自動(dòng)變光焊接濾光鏡的散射光示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明的樣品夾持架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明的觸發(fā)光源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明的采集控制電路框圖；
[0024]圖7是本發(fā)明的I/V變換電路框圖；
[0025]圖8是本發(fā)明的增益控制電路框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0027]如圖2、圖3所示，是本發(fā)明的自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光測試裝置結(jié)構(gòu)圖，包括:順次設(shè)置測量光源1、觸發(fā)光源2、帶有夾持架4的樣品3、帶有光闌支架7的圓形光闌5或環(huán)形光闌6、凸透鏡8、光電二極管9、采集控制電路10、計(jì)算機(jī)11、裝置底板12和箱體13構(gòu)成，其中，測量光源1，樣品3，圓形光闌5，環(huán)形光闌6，凸透鏡8，光電二極管9分別由其支架固定在裝置底板12上，處于同一光軸上；樣品3由樣品夾持架4夾持；觸發(fā)光源2壓在樣品3自身帶的弧光傳感器上，發(fā)出的脈沖紅外光線能使樣品3處于暗態(tài)；圓形光闌5可以和環(huán)形光闌6互換，安裝在光闌支架7上。所述測量光源I包括激光器1-1、支架1-2、電源1_3，所用激光器1-1為532nm半導(dǎo)體激光器,出射光斑為2.5mm,發(fā)散角小于Imrad,功率為6mw，所用電源1-3為5V電源，激光器1_1固定在支架1_2上，支架1_2通過螺釘固定在裝置底板12上,樣品3距離圓形光闌5或環(huán)形光闌6為400±2mm ;圓形光闌5的通光直徑為IOmm,環(huán)形光闌6內(nèi)環(huán)直徑21.0±0.1mm,外環(huán)直徑28.0±0.1mm,不確定度不超過0.0lmm ；凸透鏡8將樣品3上被激光照射的區(qū)域成像在光電二極管9上；光電二極管9的輸出信號由計(jì)算機(jī)11經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路10采集；觸發(fā)光源2由計(jì)算機(jī)11經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路9觸發(fā)。[0028]如圖4所不，所述樣品夾持架4包括立柱4-1、黃片4-2和基座4-3,立柱4-1和黃片4-2的下端分別固定在所述基座4-3上，簧片4-2的上部能夠?qū)⒉煌穸鹊臉悠?壓在立柱4-1上，基座4-3通過螺釘固定在裝置底板12上。
[0029]如圖5所示，所述觸發(fā)光源2包括螺桿2-1、滑塊2-2、滑桿2_3和紅外LED燈2_4，滑桿2-3通過螺栓固定在樣品夾持架4的基座2-3上，滑塊2-2設(shè)置在滑桿2_3上；螺桿2-1和滑塊2-2通過螺紋配合連接在一起，螺桿2-1內(nèi)部有階梯孔，紅外LED燈2_4塞入階梯孔中而固定在在螺桿2-1內(nèi)部的前端，旋轉(zhuǎn)滑桿2-3并滑動(dòng)滑塊2-2能夠調(diào)整紅外LED燈2-4的位置，旋轉(zhuǎn)螺桿2-1能夠使紅外LED燈2-4壓緊在樣品3的弧光傳感器上。
[0030] 如圖6所示，所述采集控制電路10包括I/V變換電路10-1、增益控制電路10_2、低通濾波電路10-3、A/D轉(zhuǎn)換器10-4、單片機(jī)10-5、限流電阻10_6。
[0031]如圖7所示，所述I/V變換電路10-1低偏置電流放大器、四路反饋通路，每路反饋通路包括電阻、電容，電阻和電容并聯(lián)連接，每路電阻和電容根據(jù)需要選擇不同的值，每路反饋通路一端連接著低偏置電流放大器的負(fù)輸入端，另一端連接增益控制電路10-2的繼電器的常開端，低偏置電流放大器正輸入端接地，正輸入端還與光電二極管9的正極連接，低偏置電流放大器負(fù)輸入端與光電二極管9的負(fù)極連接，低偏置電流放大器輸出端與增益控制電路10-2的繼電器的公共端連接，還與低通濾波電路10-3連接。
[0032]如圖8所示，所述增益控制電路10-2包括4路增益控制通路，每路增益通路控制包括限流電阻、三極管、繼電器，所述單片機(jī)10-51/0 口通過限流電阻連接三極管基級，繼電器線圈端接入三極管集電極，繼電器的常開端連接I/V變換電路10-1的反饋通路，繼電器的公共端與Ι/ν變換電路10-1的低偏置電流放大器的輸出端連接。單片機(jī)10-5通過設(shè)置4個(gè)I/O 口的輸出電平的高低，選擇相應(yīng)的繼電器開閉，從而使I/V變換電路10-1選擇不同反饋通路，即不同的電阻值，實(shí)現(xiàn)不同的增益選擇。開始測量時(shí)，單片機(jī)10-5通過增益控制電路10-2選擇最低增益，光電二極管9將接收到的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號，再通過I/V變換電路10-1轉(zhuǎn)變成電壓信號，經(jīng)過低通濾波電路10-3后送入A/D轉(zhuǎn)換器10-4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入單片機(jī)10-5中，單片機(jī)10-5根據(jù)所測電壓值選擇合適的增益，再重新測量，得到準(zhǔn)確的電壓結(jié)果送入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。
[0033]單片機(jī)10-5自帶的PWM輸出口可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)輸出PWM波，本發(fā)明使用單片機(jī)10-5自帶的PWM輸出口連接限流電阻10-6控制紅外LED燈2_4。當(dāng)需要設(shè)置樣品的暗態(tài)遮光號時(shí)，單片機(jī)10-5可以輸出PWM波控制紅外LED燈2_4發(fā)出脈沖光，觸發(fā)轉(zhuǎn)為暗態(tài)。
[0034]本發(fā)明米用光電二極管9將光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換為電流信號,再將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，用所測電壓值表示光電二極管9接收到的光強(qiáng)。圓形光闌5只允許通過光軸附近的光，此時(shí)光電二極管9接收到的是非漫射光的光強(qiáng)；環(huán)形光闌6只允許通過環(huán)形的立體角內(nèi)的光，此時(shí)光電二極管9接收到的光強(qiáng)即為漫射光強(qiáng)。通過分別使用圓形光闌5和環(huán)形光闌6獲得漫射光強(qiáng)和非漫射光的光強(qiáng)。
[0035]測量過程如下:首先，通過樣品3自帶的按鈕設(shè)定樣品3的遮光號(如果設(shè)定暗態(tài)遮光號，采集控制電路10控制觸發(fā)光源2打開)；其次，打開測量光源1，采集控制電路10測量由光電二極管9接收的光強(qiáng)，得到測量裝置和樣品總的漫射光強(qiáng)對應(yīng)的電壓值仏,，;然后，將環(huán)形光闌6換成圓形光闌5，得到測量裝置和樣品總的非漫射光強(qiáng)對應(yīng)的電壓值Ua ；計(jì)算測量裝置和樣品總的漫射光的約化亮度系數(shù)l*g=(l/?)*(U1K/Ud，其中:ω為由環(huán)形光闌決定的立體角，一般取α=1.5°到α + Λ α=2°之間的立體角；然后，移去樣品3，采集控制電路10測量由光電二極管9接收的光強(qiáng)，得到測量裝置自身的非漫射光強(qiáng)對應(yīng)的電壓值U2l ;將圓形光闌5換成環(huán)形光闌6，采集控制電路10測量由光電二極管9接收的光強(qiáng)，得到測量裝置自身的漫射光強(qiáng)對應(yīng)的電壓值U2r ;計(jì)算測量裝置自身的漫射光的約化亮度系數(shù)l*a=(l/co)*(U2K/U%)，其中:ω為由環(huán)形光闌決定的立體角，一般取α=1.5°到α+Λ α=2°之間的立體角；最后，計(jì)算出樣品3在此遮光號下的自身產(chǎn)生的亮度約化系數(shù)l*=l*g-l*a。
[0036]由于自動(dòng)變光焊接濾光鏡的亮暗光強(qiáng)變化范圍極大，達(dá)到107，雖然光電二極管9的動(dòng)態(tài)范圍能達(dá)到，但是放大器的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)不到。因此，在第一級選用低偏置電流放大器加多路增益控制的方案實(shí)現(xiàn)1-V變換及增益控制電路。每次測量時(shí)，首先選擇增益最低的檔位進(jìn)行測量，再根據(jù)所測電壓的大小調(diào)整增益選擇，直到選擇的增益檔位合適為止。需要注意的是，必須將測得的電壓值除以增益值才能代入前述公式計(jì)算。
[0037]本發(fā)明還使用RS232線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)11的通訊，實(shí)現(xiàn)對測量過程的控制和結(jié)果顯示等功能上的進(jìn)一步 擴(kuò)展。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，包括:數(shù)據(jù)采集控制電路(10)、計(jì)算機(jī)(11)，其特征在于:還包括順次于同一光軸上設(shè)置的測量光源(I)、樣品(3)、樣品夾持架(4)、圓形光闌(5)或環(huán)形光闌(6)、光闌支架(7)、凸透鏡(8)和光電二極管(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述光電二極管(9)的輸出信號由計(jì)算機(jī)(11)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路(10)采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:還包括觸發(fā)光源(2 )，所述觸發(fā)光源(2 )由計(jì)算機(jī)(11)經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制電路(10 )觸發(fā)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述測量光源(I)包括固定支架(1-2)上的激光器(1-1)、電源(1-3)，所述支架(1-2)固定在裝置底板(12)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述激光器(1_1)為532nm半導(dǎo)體激光器，出射光斑為2.5mm,發(fā)散角小于Imrad,功率為6mw,所用電源(1-3)為5V電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述觸發(fā)光源(2 )壓在樣品(3 )自身帶的弧光傳感器上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述樣品(3)距離圓形光闌(5)或環(huán)形光闌(6)為400±2mm,圓形光闌(5)的通光直徑為IOmm,環(huán)形光闌(6)內(nèi)環(huán)直徑21.0±0.Imm,外環(huán)直徑28.0±0.1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述采集控制電路(10)包括I/V變換電路(10-1)、增益控制電路(10-2)、低通濾波電路(10-3)、A/D轉(zhuǎn)換器(10-4)、單片機(jī)(10-5)、限流電阻(10-6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述單片機(jī)(10-5)電路通過所述增益控制電路(10-2)與I/V變換電路(10-1)電連接；所述增益控制電路(10-2)包括限流電阻、三極管和繼電器；所述I/V變換電路(10-1)包括4個(gè)反饋通路和低偏置電流放大器；所述單片機(jī)(10-5)電路設(shè)置有4個(gè)I/O接口，每個(gè)I/O接口通過限流電阻與三極管基級電連接，所述三極管的集電極與繼電器控制端電連接，繼電器的常開觸點(diǎn)與I/V變換電路(10-1)中的反饋通路電連接，繼電器的公共觸點(diǎn)分別與低偏置電流放大器的輸出端電連接和低通濾波電路(10-3 )電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述低偏置電流放大器負(fù)輸入端與光電二極管(9)的負(fù)極電連接，還與所述I/V變換電路(10-1)的4路反饋通路電連接，所述光電二極管(9)的正極接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述自動(dòng)變光焊接濾光鏡漫射光約化亮度系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述單片機(jī)(10-5)帶有PWM輸出口，PWM輸出口連接限流電阻(10-6)控制紅外LED 燈(2-4)。
【文檔編號】G01N21/47GK103674491SQ201310636705
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】劉慶鋼, 郭德華, 樊志國, 劉士毅, 劉超, 郭婭, 于雪 申請人:天津大學(xué)