一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括集成控制中心、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口，集成控制中心用于接收數(shù)據(jù)信息，發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令、焊接工藝控制指令，以及發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取指令；傳感檢測(cè)子系統(tǒng)用于采集焊接熔池圖像信息、工藝信息、聲音信號(hào)和溫度；運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)用于完成焊縫跟蹤、焊槍高度調(diào)整以及速度的控制；專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存焊接工藝控制參數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)和傳感檢測(cè)信息；焊接工藝控制子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、電弧電壓、速度的控制；數(shù)據(jù)傳輸接口用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；所述方法采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明具有可靠性高、功能高度集成等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，在進(jìn)行大中型、超大型和特大型工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件的焊接作業(yè)過(guò)程中，由于工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件尺寸大、噸位大、焊接區(qū)域焊縫長(zhǎng)、焊縫形式多樣等多種因素的影響，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中焊接質(zhì)量控制的難度較大，然而，焊接質(zhì)量將直接影響到產(chǎn)品的整體質(zhì)量。
[0003]特別地，工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)在進(jìn)行產(chǎn)品焊接作業(yè)之前，通常會(huì)針對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行焊接工藝參數(shù)的調(diào)試、試運(yùn)行工作，不可避免地需要耗費(fèi)產(chǎn)品焊接作業(yè)的準(zhǔn)備時(shí)間、人工投入及材料，將大大制約了生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行多種類(lèi)、小批量產(chǎn)品焊接作業(yè)的切換效率。其主要原因是缺乏工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程配套的焊接質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及焊縫成形控制裝備及相關(guān)方法。因此，急需研究設(shè)計(jì)一種焊接質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法以對(duì)工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程與成形進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其中通過(guò)集成控制中心與各個(gè)子系統(tǒng)的相互配合，實(shí)現(xiàn)了焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、焊接參數(shù)優(yōu)化調(diào)整、焊縫自動(dòng)跟、焊縫的成形控制、焊接相關(guān)信息共享等功能，并且可集成到工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)，解決工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中焊接質(zhì)量難以控制等難題，降低產(chǎn)品焊接作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間、人工投入及材料等方面的損耗，提高生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行多種類(lèi)、小批量產(chǎn)品焊接作業(yè)的切換效率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括集成控制中心、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口，其中:
[0006]所述集成控制中心用于接收所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令至所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，發(fā)送焊接工藝控制指令至所述焊接工藝控制子系統(tǒng)，對(duì)所述專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以及經(jīng)所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取控制指令；
[0007]所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)用于采集焊接熔池圖像信息、焊接工藝信息、焊接過(guò)程聲音信號(hào)以及焊接樣件的溫度分布；
[0008]所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)用于完成焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制；
[0009]所述專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存焊接過(guò)程的焊接工藝控制參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)和傳感檢測(cè)信息；
[0010]所述焊接工藝控制子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程焊接電流、電弧電壓、焊絲送絲速度的控制；
[0011]所述數(shù)據(jù)傳輸接口用于實(shí)現(xiàn)所述集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)包括CCD工業(yè)相機(jī)、電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器、聲壓傳感器和熱電阻，其中，所述CCD工業(yè)相機(jī)用于拍攝焊縫路徑、焊接電弧高度和焊接熔池正面圖像;所述電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程中的焊接電弧電壓和焊接電流;所述聲壓傳感器用于采集焊接過(guò)程中的聲壓信號(hào);所述熱電阻安裝在焊接樣件表面的多個(gè)位置，用于分析焊接樣件在不同焊接工藝作用下的溫度分布變化。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)接收所述集成控制中心的指令，并利用三維調(diào)節(jié)組件，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制，其中，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)根據(jù)CCD工業(yè)相機(jī)測(cè)量得到的焊槍與焊縫的偏離距離，控制焊槍水平面位移的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述焊接工藝控制子系統(tǒng)采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接工藝，并采用冷金屬過(guò)渡技術(shù)作為熱源提供方式，進(jìn)行焊接電流、電弧電壓、送絲速度與熔滴過(guò)渡過(guò)程的數(shù)字化調(diào)整控制。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳輸接口采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)或LAN為集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心進(jìn)行指令傳輸、數(shù)據(jù)通訊提供數(shù)據(jù)通道。
[0016]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，其采用所述焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括工藝評(píng)價(jià)和工藝數(shù)據(jù)共享兩個(gè)功能，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0017]I)啟動(dòng)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
[0018]2)選擇系統(tǒng)功能，若進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)，則進(jìn)入步驟3)，若進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)共享，則進(jìn)入步驟9);
[0019]3)針對(duì)焊接樣件的焊接工藝需求，選擇焊接形式與焊接板厚；
[0020]4)集成控制中心讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，根據(jù)所述焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)分別對(duì)焊接工藝控制子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，開(kāi)始焊接樣件的焊接操作；
[0021]5)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前焊接過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0022]6)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)、以及焊接質(zhì)量評(píng)價(jià):若當(dāng)前焊接質(zhì)量存在缺陷，則進(jìn)入步驟7);若不存在缺陷，則進(jìn)入步驟8);
[0023]7)集成控制中心利用所建立的系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的快速調(diào)整，然后返回步驟5);
[0024]8)集成控制中心將當(dāng)前焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)信息的更新，然后返回步驟2);
[0025]9)集成控制中心利用數(shù)據(jù)傳輸接口讀取焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的指令；
[0026]10)集成控制中心對(duì)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)分析:若焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心選擇進(jìn)行工藝指導(dǎo)，則進(jìn)入步驟11);若焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心選擇進(jìn)行焊接過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)的顯示，則進(jìn)入步驟12);
[0027]11)集成控制中心將根據(jù)焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心所需的工藝要求，將由專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的焊接工藝參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束；
[0028]12)集成控制中心將讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)所保存的當(dāng)前工藝參數(shù)下的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束。
[0029]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0030]1.本發(fā)明通過(guò)設(shè)置包括集成控制中心、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與建模、焊接參數(shù)優(yōu)化調(diào)整、焊縫的自動(dòng)跟蹤和引導(dǎo)、焊縫的成形控制，具有可靠性高、功能高度集成等優(yōu)點(diǎn)。
[0031]2.本發(fā)明的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可集成到工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)，配合焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心使用，解決工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中焊接質(zhì)量難以控制等難題，降低產(chǎn)品焊接作業(yè)的準(zhǔn)備時(shí)間、人工投入及材料等方面的損耗，提高生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行多種類(lèi)、小批量產(chǎn)品焊接作業(yè)的切換效率。
[0032]3.本發(fā)明的傳感檢測(cè)子系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)焊縫路徑、焊接電弧高度和焊接熔池正面圖像的拍攝，并可實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中焊接電弧電壓、焊接電流、聲壓信號(hào)、焊接樣件溫度分布變化等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，具體采集效率高、采集精度高、采集數(shù)據(jù)精確全面等優(yōu)點(diǎn)。
[0033]4.本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)可利用三維調(diào)節(jié)組件實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制，具體通過(guò)CCD工業(yè)相機(jī)測(cè)量得到的焊槍與焊縫的偏離距離，控制焊槍水平面位移的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤，具有調(diào)節(jié)快速準(zhǔn)確、跟蹤精度尚等優(yōu)點(diǎn)。
[0034]5.本發(fā)明還對(duì)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行研究，對(duì)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)的集成給出了指導(dǎo)，通過(guò)本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)工藝評(píng)價(jià)和工藝數(shù)據(jù)共享等功能，具有工藝指導(dǎo)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可追溯等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是本發(fā)明實(shí)施例焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖；
[0036]圖2是本發(fā)明實(shí)施例焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法的流程圖；
[0037]圖3是本發(fā)明實(shí)施例傳感數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)建模的流程圖；
[0038]圖4是本發(fā)明實(shí)施例工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖5是本發(fā)明實(shí)施例工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接平臺(tái)焊接電源參數(shù)采集連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其主要包括集成控制中心、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口。其中，集成控制中心用于接收傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令至運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，發(fā)送焊接工藝控制指令至焊接工藝控制子系統(tǒng)，對(duì)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以及經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取控制指令;傳感檢測(cè)子系統(tǒng)用于采集熔池圖像信息、焊接工藝信息(主要包括焊接電壓、電流等)、焊接過(guò)程聲音信號(hào)、焊接樣件的溫度分布等;運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)用于完成焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制;專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存焊接過(guò)程的焊接工藝控制參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)、傳感檢測(cè)信息等;焊接工藝控制子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程焊接電流、電弧電壓、焊絲送絲速度的控制;數(shù)據(jù)傳輸接口主要用于集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊。
[0042]下面將分別對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明和描述。
[0043]集成控制中心，其作為焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心模塊，一方面，接收傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到數(shù)據(jù)信息，需要對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理、特征提取、系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)、故障診斷以及焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)，具體參見(jiàn)圖3;另一方面，通過(guò)焊接過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程的分析結(jié)果，調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、焊接工藝控制子系統(tǒng)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量成形閉環(huán)控制；此外，集成控制中心還需要對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的指令進(jìn)行分析，并根據(jù)指令分析結(jié)果，向生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心發(fā)送焊接工藝參數(shù)信息和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程采集得到的原始數(shù)據(jù)。
[0044]傳感檢測(cè)子系統(tǒng)，其通過(guò)利用CCD工業(yè)相機(jī)、電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器、聲壓傳感器、熱電阻等傳感方式，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中焊縫質(zhì)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。其中，所采用的CCD工業(yè)相機(jī)，一方面拍攝焊縫路徑，為實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤奠定基礎(chǔ)，另一方面拍攝焊接電弧高度、焊接熔池正面圖像;所采用電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器分別實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程中的焊接電弧電壓、焊接電流;所采用的聲壓傳感器與焊槍的位置相對(duì)固定，用于采集焊接過(guò)程中聲壓信號(hào);所采用的熱電阻安裝在焊接樣件表面的多個(gè)位置，用于分析焊接樣件在不同焊接工藝作用下的溫度分布變化。
[0045]運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，其用于接收集成控制中心的指令，利用三維調(diào)節(jié)組件，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制。其中，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)根據(jù)用CCD工業(yè)相機(jī)測(cè)量得到焊槍與焊縫的偏離距離，控制焊槍水平面位移的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤;運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)通過(guò)控制焊槍的高度，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中焊接電弧高度的調(diào)整;運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)焊槍移動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)整，為研究焊接速度與焊接成形效果的影響提供了可能。
[0046]專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)，其作為焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，需要針對(duì)不同產(chǎn)品的工藝需求，對(duì)其所需的焊接方法進(jìn)行系統(tǒng)劃分，即針對(duì)不同焊接形式下、不同焊接樣件板厚下的焊接工藝控制參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。此外，為便于焊接過(guò)程后續(xù)分析，探討焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)參數(shù)等對(duì)焊接質(zhì)量成形效果的影響，專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)保存焊接過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的傳感檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。
[0047]焊接工藝控制子系統(tǒng)，其采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接工藝，滿(mǎn)足工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線(xiàn)的工藝要求。其中，采用冷金屬過(guò)渡技術(shù)作為主要的熱源提供方式，進(jìn)行焊接電流、電弧電壓、送絲速度與熔滴過(guò)渡過(guò)程的數(shù)字化調(diào)整控制，從而為實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量成形控制提供了可能。
[0048]數(shù)據(jù)傳輸接口，其采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、LAN等方式，為集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心進(jìn)行指令傳輸、數(shù)據(jù)通訊提供了數(shù)據(jù)通道。
[0049]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，其采用本發(fā)明的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及焊縫成形控制，其主要包括以下步驟:
[0050]I)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上電啟動(dòng)；
[0051]2)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行功能選擇，如果系統(tǒng)進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)，進(jìn)入步驟3)，如果系統(tǒng)進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)共享，進(jìn)入步驟9);
[0052]3)針對(duì)作業(yè)產(chǎn)品的焊接工藝需求，選擇焊接形式(例如對(duì)接或角接)、焊接板厚；
[0053]4)集成控制中心讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，對(duì)焊接工藝控制子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，開(kāi)展作業(yè)產(chǎn)品試驗(yàn)樣件的焊接操作；
[0054]5)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前焊接過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0055]6)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)、以及焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)，如果當(dāng)前焊接質(zhì)量存在缺陷，即焊縫質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)不滿(mǎn)足實(shí)際工藝要求，則進(jìn)入步驟7)，如果當(dāng)前焊接質(zhì)量不存在缺陷，則進(jìn)入步驟8);
[0056]7)集成控制中心利用所建立的系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工藝參數(shù)的快速調(diào)整，返回步驟5);
[0057]8)集成控制中心將當(dāng)前焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)參數(shù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)信息的更新，返回步驟2)，直至動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束；
[0058]9)集成控制中心利用數(shù)據(jù)傳輸接口，讀取焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的指令；
[0059]10)集成控制中心對(duì)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如果生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心需要進(jìn)行工藝指導(dǎo)，則進(jìn)入步驟11 )，如果生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心需要進(jìn)行焊接過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)的顯示，則進(jìn)入步驟12);
[0060]11)集成控制中心將根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心所需的工藝要求，將由專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的焊接工藝參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束；
[0061]12)集成控制中心，將讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)所保存的當(dāng)前工藝參數(shù)下的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感檢測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至動(dòng)態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束。
[0062]如圖3所示，本發(fā)明采用焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)建模，其主要包括以下步驟:
[0063]I)集成控制中心接收傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到數(shù)據(jù)信息；
[0064]2)集成控制中心對(duì)采集得到的電壓、電流、聲壓信號(hào)等傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換，根據(jù)有效信號(hào)的頻譜分布，進(jìn)行隔直、濾波，降低原始信號(hào)中噪聲的影響；
[0065]3)集成控制中心對(duì)預(yù)處理后的傳感數(shù)據(jù)分別進(jìn)行時(shí)頻域統(tǒng)計(jì)分析，得到平均值、標(biāo)準(zhǔn)方差、功率譜密度、偏斜度、峰度等統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)指標(biāo)和小波包系數(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的特征提??；
[0066]4)集成控制中心是否建立焊接過(guò)程系統(tǒng)模型，如果沒(méi)有建立系統(tǒng)模型，進(jìn)入步驟
5)，如果已經(jīng)建立系統(tǒng)模型，則進(jìn)入步驟8);
[0067]5)集成控制中心，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、馬爾可夫模型等方法，對(duì)焊接過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行建模，其中，時(shí)頻域特征指標(biāo)和焊后成形尺寸參數(shù)(熔深、熔高、熔寬等)作為模型的輸入和輸出；
[0068]6)集成控制中心利用部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特征指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)模型訓(xùn)練；
[0069]7)集成控制中心利用另一部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特征指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)模型測(cè)試，如果系統(tǒng)模型輸出結(jié)果滿(mǎn)足要求，則進(jìn)入步驟8)，如果不滿(mǎn)足，則返回步驟5);
[0070]8)集成控制中心利用已建立的系統(tǒng)模型，對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)傳感數(shù)據(jù)的時(shí)頻域特征指標(biāo)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的故障診斷；
[0071]9)集成控制中心根據(jù)故障診斷結(jié)果，進(jìn)行焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)，即故障類(lèi)型判斷、故障定位以及焊縫質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算。
[0072]如圖4所示，為一具體的工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，為一具體的工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接平臺(tái)焊接電源參數(shù)采集連接示意圖，以其為例說(shuō)明本發(fā)明焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體應(yīng)用。
[0073]該焊接平臺(tái)包括焊縫跟蹤C(jī)CD傳感器I，電弧監(jiān)測(cè)CXD傳感器7，熔池監(jiān)測(cè)CCD傳感器6，X軸移動(dòng)模組8，Y軸移動(dòng)模組2，Z軸移動(dòng)模組3，焊槍4，聲音傳感器5，熱電偶傳感器9等。
[0074]其中，焊縫跟蹤C(jī)XD傳感器1、電弧監(jiān)測(cè)CXD傳感器7和熔池監(jiān)測(cè)CCD傳感器6三個(gè)CCD傳感器作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的CCD工業(yè)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)焊縫路徑、焊接電弧高度和焊接熔池正面圖像的拍攝;X軸移動(dòng)模組8、Y軸移動(dòng)模組2和Z軸移動(dòng)模組3作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三維調(diào)節(jié)組件，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制;聲音傳感器5作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的聲壓傳感器，實(shí)現(xiàn)焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程聲壓信號(hào)的的監(jiān)測(cè);熱電偶傳感器9作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的熱電阻安裝在焊接樣件表面的多個(gè)位置，用于分析焊接樣件在不同焊接工藝作用下的溫度分布變化。
[0075]系統(tǒng)啟動(dòng)后，Z軸移動(dòng)模組3根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)定高度調(diào)節(jié)焊槍4的高度，隨后，Y軸移動(dòng)模組2將按照設(shè)定的焊接速度控制焊槍4沿Y軸方向移動(dòng)，在這一過(guò)程中，一方面，焊縫跟蹤C(jī)CD傳感器I將測(cè)量焊槍4與焊縫之間的X軸方向上的偏差，系統(tǒng)將根據(jù)該偏差調(diào)節(jié)X軸移動(dòng)模組8，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的自動(dòng)跟蹤，另一方面，聲音傳感器5、熔池監(jiān)測(cè)CCD傳感器6、電弧監(jiān)測(cè)CCD傳感器7、熱電偶傳感器9將對(duì)焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的聲壓信號(hào)、熔池表面圖像、電弧高度、焊縫溫度分布等信息進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
[0076]圖5的連接示意圖包括:氣體保護(hù)焊焊接電源10、霍爾電流傳感器、電弧電壓傳感器、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、焊槍4等。
[0077 ]其中，氣體保護(hù)焊焊接電源1的輸出連接至焊槍4 ；電弧電壓傳感器的傳感器接口連接至氣體保護(hù)焊焊接電源10的正負(fù)輸出端，用于測(cè)量氣體保護(hù)焊焊接電源10的輸出電壓差，即電弧電壓;氣體保護(hù)焊焊接電源10輸出回路通過(guò)霍爾電流傳感器的傳感器接口，從而實(shí)現(xiàn)氣體保護(hù)焊焊接電源10輸出電流值的測(cè)量。
[0078]工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化焊接平臺(tái)如此實(shí)現(xiàn)了熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并為焊縫成形控制奠定了基礎(chǔ)。
[0079]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括集成控制中心、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口，其中: 所述集成控制中心用于接收所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令至所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，發(fā)送焊接工藝控制指令至所述焊接工藝控制子系統(tǒng)，對(duì)所述專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以及經(jīng)所述數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取控制指令； 所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)用于采集焊接熔池圖像信息、焊接工藝信息、焊接過(guò)程聲音信號(hào)以及焊接樣件的溫度分布； 所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)用于完成焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制； 所述專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存焊接過(guò)程的焊接工藝控制參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)和傳感檢測(cè)信息； 所述焊接工藝控制子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程焊接電流、電弧電壓、焊絲送絲速度的控制； 所述數(shù)據(jù)傳輸接口用于實(shí)現(xiàn)所述集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊。2.如權(quán)利要求1所述的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感檢測(cè)子系統(tǒng)包括CCD工業(yè)相機(jī)、電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器、聲壓傳感器和熱電阻，其中，所述CCD工業(yè)相機(jī)用于拍攝焊縫路徑、焊接電弧高度和焊接熔池正面圖像;所述電弧電壓傳感器、霍爾電流傳感器分別用于實(shí)時(shí)采集焊接過(guò)程中的焊接電弧電壓和焊接電流;所述聲壓傳感器用于采集焊接過(guò)程中的聲壓信號(hào);所述熱電阻安裝在焊接樣件表面的多個(gè)位置，用于分析焊接樣件在不同焊接工藝作用下的溫度分布變化。3.如權(quán)利要求2所述的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)接收所述集成控制中心的指令，并利用三維調(diào)節(jié)組件，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤、焊槍的高度調(diào)整以及焊接速度的控制，其中，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)根據(jù)CCD工業(yè)相機(jī)測(cè)量得到的焊槍與焊縫的偏離距離，控制焊槍水平面位移的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的焊縫跟蹤。4.如權(quán)利要求3所述的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接工藝控制子系統(tǒng)采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接工藝，并采用冷金屬過(guò)渡技術(shù)作為熱源提供方式，進(jìn)行焊接電流、電弧電壓、送絲速度與熔滴過(guò)渡過(guò)程的數(shù)字化調(diào)整控制。5.如權(quán)利要求4所述的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸接口采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)或LAN為集成控制中心與焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心進(jìn)行指令傳輸、數(shù)據(jù)通訊提供數(shù)據(jù)通道。6.—種焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，其采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括工藝評(píng)價(jià)和工藝數(shù)據(jù)共享兩個(gè)功能，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟: 1)啟動(dòng)焊接熔池動(dòng)態(tài)過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 2)選擇系統(tǒng)功能，若進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)，則進(jìn)入步驟3)，若進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)共享，則進(jìn)入步驟9)； 3)針對(duì)焊接樣件的焊接工藝需求，選擇焊接形式與焊接板厚； 4)集成控制中心讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)，根據(jù)所述焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)分別對(duì)焊接工藝控制子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，開(kāi)始焊接樣件的焊接操作； 5)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前焊接過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)中； 6)集成控制中心對(duì)傳感檢測(cè)子系統(tǒng)采集得到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)、以及焊接質(zhì)量評(píng)價(jià):若當(dāng)前焊接質(zhì)量存在缺陷，則進(jìn)入步驟7);若不存在缺陷，則進(jìn)入步驟8); 7)集成控制中心利用所建立的系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的快速調(diào)整，然后返回步驟5); 8)集成控制中心將當(dāng)前焊接工藝參數(shù)、焊接運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)保存至專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)信息的更新，然后返回步驟2); 9)集成控制中心利用數(shù)據(jù)傳輸接口讀取焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心的指令； 10)集成控制中心對(duì)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)分析:若焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心選擇進(jìn)行工藝指導(dǎo)，則進(jìn)入步驟11);若焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心選擇進(jìn)行焊接過(guò)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)的顯示，則進(jìn)入步驟12); 11)集成控制中心將根據(jù)焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心所需的工藝要求，將由專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的焊接工藝參數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束； 12)集成控制中心將讀取專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)所保存的當(dāng)前工藝參數(shù)下的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至焊接生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控中心，并返回步驟2)，直至在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】B23K31/12GK105855743SQ201610288460
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】胡友民, 劉劼, 肖玲, 唐松, 谷勇
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)