專利名稱：全位置自動化焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測、自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體應(yīng)用在焊接過程控制及焊縫自動跟蹤中，適合目前多種野外長輸管線的建設(shè)。
背景技術(shù)：
目前野外長輸管線的建設(shè)上很多施工單位都采用的是人工半自動焊接，半自動焊接設(shè)備投入少，人員組成靈活，但它每天能實現(xiàn)的焊口量在30— 40 口，且焊接質(zhì)量受焊工個人素質(zhì)影響較大。而此自動化焊接設(shè)備每天能實現(xiàn)的焊口量在80—100 口，且焊接質(zhì)量能得到有效保證。但是，由于各種因素的影響，實際焊接條件經(jīng)常發(fā)生變化而造成焊接效率和焊接質(zhì)量下降甚至失敗。此自動化焊接設(shè)備的關(guān)鍵是如何實現(xiàn)成本下降和質(zhì)量提升，一直以來人們嘗試了許多焊接方法，它們在應(yīng)用中都存在一定局限性。目前此自動化焊接設(shè)備，具有焊接效率高、非接觸式傳感、靈敏度精度高、抗電磁場干擾能力強等優(yōu)點，被認(rèn)為是野外焊接施工設(shè)備的主要發(fā)展方向。為了確保焊接件的焊接質(zhì)量，盡量降低人為因素對其影響，縮短生產(chǎn)周期，勢必研究一種焊接精度高能夠滿足現(xiàn)場復(fù)雜多變的焊接條件的自動焊接設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種全位置自動化焊接系統(tǒng)，焊接過程中根據(jù)焊矩所在位置不同自動匹配相應(yīng)的焊接規(guī)范；焊接過程中在線檢測焊矩對于焊縫的相對位置實現(xiàn)焊矩自動跟蹤焊縫；其焊接質(zhì)量高、速度快，可以實現(xiàn)在野外長輸管線高效自動化焊接的設(shè)備，并能適應(yīng)各種野外環(huán)境，克服目前長輸管線建設(shè)施工效率低、施工周期長以及焊接質(zhì)量的問題。為了達(dá)到上述設(shè)計目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種全位置自動化焊接系統(tǒng)。本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的有益效果是:其焊接質(zhì)量高、速度快，可以實現(xiàn)在野外長輸管線高效自動化焊接的設(shè)備，并能適應(yīng)各種野外環(huán)境。通過機頭采集的焊接絕對位置計算得出當(dāng)前相應(yīng)的規(guī)范，由焊機、行走電機、送絲電機、擺動電機等實現(xiàn)相應(yīng)的焊接規(guī)范，保證在相應(yīng)的位置執(zhí)行相應(yīng)的焊接規(guī)范。通過采集電壓、電流及送絲的實際值，計算焊接中心位置，使焊接中心始終處于焊縫中心。焊接所采樣的數(shù)據(jù)是實時的數(shù)據(jù)，不存在超前或滯后，所以也就沒有超前或滯后誤差。蓋面時由于焊縫坡口已經(jīng)不存在，很多現(xiàn)有跟蹤設(shè)備都無法對其進(jìn)行精確跟蹤。本發(fā)明提出了一，在蓋面前的填充層將焊道跟蹤數(shù)據(jù)存儲起來，蓋面時焊縫若不明顯無法準(zhǔn)確跟蹤的情況下，選擇上次記錄的焊槍位置數(shù)據(jù)作為示教跟蹤。二，在進(jìn)行蓋面焊接時，由于自動化管線施工焊縫一般較為標(biāo)準(zhǔn)，可將兩焊炬在水平位置上錯開一定距離，使得即使焊縫中心有偏移的情況下，也能將其蓋住。
采用FPGA進(jìn)行前端采樣，并對前端采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的處理，硬件上最大限度的濾出了干擾，節(jié)約了 CPU對數(shù)據(jù)處理的時間，保證了跟蹤的實時性。


圖1是本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施方案作進(jìn)一步的詳細(xì)的描述。如圖1所示，所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當(dāng)前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，中心控制器根據(jù)當(dāng)前的位置運算處理的結(jié)果給出相應(yīng)的焊接指令，電源適配器根據(jù)中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，機頭部分獲得驅(qū)動信號控制焊炬運動，實現(xiàn)焊縫跟蹤過程實時控制。所述焊接機頭模塊，用于執(zhí)行焊接命令，控制焊接位置，采集焊接位置信息。所述焊接機頭模塊上安裝有:①焊槍擺動機構(gòu)，實現(xiàn)焊槍的擺動，可實現(xiàn)(T20毫米的擺動幅行走機構(gòu)，實現(xiàn)機頭在焊接軌道上行走，速度為0-1.5米/分；干伸控制機構(gòu)，可實現(xiàn)干伸±20毫米調(diào)節(jié)電機控制部件、電機驅(qū)動部件控制電機。所述中心控制器能根據(jù)不同位置給出相應(yīng)的焊接規(guī)范，在焊接時能同時跟蹤水平方向和垂直方向，且水平方向跟蹤精度小于0.3_、垂直方向跟蹤精度小于1_。中心控制器安裝有:①送絲機構(gòu)，可使用0.9^2.0毫米直徑的焊絲，絲速范圍為0-25米/分；②電流電壓采樣傳感器，可采樣電壓范圍為(TlOO伏特，電流范圍為(T600安培。所述電源適配器，可匹配不同品牌型號的焊接電源，可實現(xiàn)電源特性的控制(電源有特性控制接口)，能控制電源的啟停，控制輸出電壓及電流，可采樣焊接電源輸出電源電壓。所述遙控操作模塊，主要用于實現(xiàn)人機交互功能?？梢詫崟r微調(diào)焊接規(guī)范、焊槍偏移、焊接前的焊接準(zhǔn)備工作。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設(shè)有電流傳感器，電流傳感器為隔離性霍爾感應(yīng)電流傳感器，焊接電纜穿過電流傳感器，F(xiàn)PGA對電流傳感器的電流值進(jìn)行采樣計算得出當(dāng)前電流值。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設(shè)有電壓傳感器，電壓傳感器為隔離性霍爾感應(yīng)電壓傳感器，焊接電壓的取樣點直接位于焊接工件和焊炬，最大程度上減少了計算誤差FPGA對電壓傳感器的電壓值進(jìn)行采樣計算得出當(dāng)前電壓值。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設(shè)有冷卻水箱，可供2把焊槍持續(xù)400A焊接時的冷卻。

所述的中心控制器，對焊接跟蹤過程中的環(huán)境光線不敏感，對焊縫位置偏移進(jìn)行了合理的處理。所述中心控制器，其人機交互界面設(shè)置可顯示當(dāng)前焊接的實際參數(shù)及焊接運行的位置，可顯示預(yù)設(shè)的焊接參數(shù)。其人機交互界面操作簡單，清晰明了。
所述中心控制器主要包括DSP運算處理模塊、FPGA采樣處理模塊、電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊、送絲控制模塊，F(xiàn)PGA對電壓傳感器和電流傳感器的值采樣濾波后計算得出當(dāng)前電流電壓值，該電流電壓值送到DSP參與運算，最終得出的結(jié)果通過485通訊送到機頭部分控制電機的轉(zhuǎn)動，最終達(dá)到控制焊炬自動跟蹤焊縫的目的。所述中心控制器，根據(jù)選擇的焊絲直徑、當(dāng)前的焊接電壓、焊接電流、送絲速度、當(dāng)前焊槍擺動位置的數(shù)學(xué)關(guān)系能方便的計算出焊接過程中焊槍水平中心、垂直高度兩個方向的偏差。跟蹤精度能精確0.3mm。所述中心控制器，用戶可以選擇是否進(jìn)行高度跟蹤、是否進(jìn)行焊接中心位置跟蹤，不必對所有焊道都進(jìn)行跟蹤處理，有利于適應(yīng)各種工作環(huán)境。所述中心控制器，由于焊接所采樣的數(shù)據(jù)是實時的數(shù)據(jù)，不存在超前或滯后，所以也就沒有超前或滯后誤差。所述中心控制器，在跟蹤過程中對于外界環(huán)境突變，處理單元采用特殊算法對其進(jìn)行了處理，不會出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速突變的現(xiàn)象，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力有很大的提升。所述處理單元，其對各部件的運行情況都進(jìn)行了采集，當(dāng)某部件的運行狀態(tài)不正確時，人機界面會顯示相應(yīng)的錯誤代碼告知用戶。如圖2所示，所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，由機頭控制器采樣絕對位置通過MAX489送到中心控制器，中心控制器根據(jù)不同位置計算得出當(dāng)前的焊接動作，中心控制器將當(dāng)前焊接動作通過MAX489發(fā)給焊接機頭模塊和電源適配器，焊接機頭模塊根據(jù)中心控制器指令執(zhí)行相應(yīng)的行走及擺動，電源適配器根據(jù)中心控制器指令執(zhí)行相應(yīng)的焊接電壓或焊接電流以及相應(yīng)的電弧特性，送絲裝置由中心控制器直接控制；中心控制器采樣實際焊接電流焊接電壓和送絲速度及擺動所處參數(shù)執(zhí)行位置，計算得出焊縫的中心位置由MAX489發(fā)送給機頭擺動部分執(zhí)行跟蹤焊道。本發(fā)明對各種焊縫類型、各種焊接工藝都很實用。此自動化焊接裝置從硬件上最大限度的解決了野外現(xiàn)場施工的工況要求，采用最直接的焊接體現(xiàn)量一電流和電壓來提取焊縫中心位置，使用FPGA來提取電流電壓及其濾波算法，有效降低單次運算時間，DSP來進(jìn)行焊縫中心位置算法，使其算法的實現(xiàn)難度及時間要求大大降低，其算法的實現(xiàn)還具有較強的抗干擾能力和較高的跟蹤精度。本發(fā)明還對野外長輸管線施工提出了一種新的解決方案。圖2為全位置自動化焊接系統(tǒng)的流程圖，其具體操作步驟為:
步驟一、系統(tǒng)初始化,包括液晶顯示初始化、焊接參數(shù)初始化等；
步驟二、等待操作指令，焊接前應(yīng)先調(diào)節(jié)焊槍初始位置，包括焊槍距離工件高度，焊槍角度；準(zhǔn)備好焊接用保護(hù)氣體，為焊接做準(zhǔn)備；
步驟三、啟動焊接，采用自動焊接、手動焊接相結(jié)合的方式進(jìn)行焊接；
步驟四、停止焊接；
步驟五、退出系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置了掉電檢測，系統(tǒng)退出瞬間保存當(dāng)前的焊接參數(shù)，以備下一次開機時調(diào)用。所述步驟三中焊接過程的兩種方式:一、自動焊接，開機后調(diào)節(jié)焊槍的初始位置，焊接啟動，系統(tǒng)根據(jù)采集到的電流電壓以及當(dāng)前位置來自動控制焊槍的擺動擺弧、擺動高度，焊槍橫向位置、送絲速度等參數(shù)進(jìn)行焊接；二，手動焊接，焊接過程中若人工對焊槍的位置、擺動、焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)先響應(yīng)人的操作指令，自動跟蹤對正在受人工調(diào)節(jié)的參數(shù)暫停調(diào)節(jié)，待人為調(diào)節(jié)完了再對其進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。本具體實施方式
只本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能對本發(fā)明進(jìn)行限定，具體各項權(quán)利保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種全位置自動化焊接裝置，其特征在于:主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當(dāng)前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，中心控制器根據(jù)當(dāng)前的位置運算處理的結(jié)果給出相應(yīng)的焊接指令，電源適配器根據(jù)中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，獲得驅(qū)動信號控制焊炬運動，實現(xiàn)焊縫跟蹤過程實時控制； 所述焊接機頭模塊，用于執(zhí)行焊接命令，控制焊接位置，采集焊接位置信息； 所述中心控制器能根據(jù)不同位置給出相應(yīng)的焊接規(guī)范，在焊接時能同時跟蹤水平方向和垂直方向，且水平方向跟蹤精度小于0.3mm、垂直方向跟蹤精度小于Imm ； 所述電源適配器，用于實現(xiàn)電源特性的控制，控制電源的啟停，控制輸出電壓及電流，采樣焊接電源輸出電源電壓； 所述遙控操作模塊，主要用于實現(xiàn)人機交互功能，實時微調(diào)焊接規(guī)范、焊槍偏移、焊接前的焊接準(zhǔn)備工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述焊接機頭模塊上設(shè)有焊槍擺動控制模塊、行走控制模塊和干伸控制模塊，所述焊槍擺動控制模塊實現(xiàn)焊槍的擺動，可實現(xiàn)(T2 0毫米的擺動幅；所述焊槍擺動控制模塊實現(xiàn)機頭在焊接軌道上行走，速度為0-1.5米/分；所述干伸控制機構(gòu)，實現(xiàn)干伸±20毫米調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述中心控制器上安裝送絲機構(gòu)和電流電壓采樣傳感器，送絲機構(gòu)使用0.擴(kuò)2.0毫米直徑的焊絲，絲速范圍為0-25米/分；電流電壓采樣傳感器采樣電壓范圍為(TlOO伏特，電流范圍為(T600安培。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設(shè)有電流傳感器、電壓傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述中心控制器主要包括DSP運算處理模塊、FPGA采樣處理模塊、電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊、送絲控制模塊，F(xiàn)PGA對電壓傳感器和電流傳感器的值采樣濾波后計算得出當(dāng)前電流電壓值，該電流電壓值送到DSP參與運算，最終得出的結(jié)果通過485通訊送到機頭部分控制電機的轉(zhuǎn)動，最終達(dá)到控制焊炬自動跟蹤焊縫的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于，其系統(tǒng)操作流程如下: 步驟一、系統(tǒng)初始化,包括液晶顯示初始化、焊接參數(shù)初始化等； 步驟二、等待操作指令，焊接前應(yīng)先調(diào)節(jié)焊槍初始位置，包括焊槍距離工件高度，焊槍角度；準(zhǔn)備好焊接用保護(hù)氣體，為焊接做準(zhǔn)備； 步驟三、啟動焊接，采用自動焊接、手動焊接相結(jié)合的方式進(jìn)行焊接； 步驟四、停止焊接； 步驟五、退出系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置了掉電檢測，系統(tǒng)退出瞬間保存當(dāng)前的焊接參數(shù)，以備下一次開機時調(diào)用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于，步驟三中焊接過程有兩種方式:一、自動焊接，開機后調(diào)節(jié)焊槍的初始位置，焊接啟動，系統(tǒng)根據(jù)采集到的電流電壓以及當(dāng)前位置來自動控制焊槍的擺動擺弧、擺動高度，焊槍橫向位置、送絲速度等參數(shù)進(jìn)行焊接；二，手動焊接，焊接過程中若人工對焊槍的位置、擺動、焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)先響應(yīng)人的操作指令，自動跟蹤對正在受人工調(diào)節(jié)的參數(shù)暫停調(diào)節(jié)，待人為調(diào)節(jié)完了再對其進(jìn)行自 動調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全位置自動化焊接裝置，主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當(dāng)前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，中心控制器根據(jù)當(dāng)前的位置運算處理的結(jié)果給出相應(yīng)的焊接指令，電源適配器根據(jù)中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，獲得驅(qū)動信號控制焊炬運動，實現(xiàn)焊縫跟蹤過程實時控制。焊接過程中根據(jù)焊矩所在位置不同自動匹配相應(yīng)的焊接規(guī)范；焊接過程中在線檢測焊矩對于焊縫的相對位置實現(xiàn)焊矩自動跟蹤焊縫；其焊接質(zhì)量高、速度快，可以實現(xiàn)在野外長輸管線高效自動化焊接的設(shè)備，并能適應(yīng)各種野外環(huán)境。
文檔編號B23K9/32GK103203517SQ20121001249
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者李榮東, 李堂權(quán) 申請人:成都熊谷加世電器有限公司