一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制装置及方法

1.本发明涉及弧焊机器人焊缝自动跟踪领域，具体涉及一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制装置及方法。


背景技术：

2.焊接机器人及其焊接过程智能控制的应用为焊接技术的发展提供了极好的机遇。在发达国家，焊接机器人的使用已非常普及，这除了与其硬件方面技术先进有关外，还与其注重软件开发有关。能够应用于各种焊接条件的比较成熟的专家系统，对发挥机器人的工作能力，提高焊接质量，减少工艺试验工作量，提高机器人焊接的柔性工作能力等，是非常有效的。但由于焊接工艺牵涉面广(不同材料种类、不同焊接结构、不同焊接方法、不同焊接位置等都要求不同的焊接工艺)、影响因素多、规则复杂，特别是在焊缝自动跟踪领域，传统的机器人焊接专家系统难以适应高质量焊接的要求。
3.弧焊机器人焊缝自动跟踪时，焊接工艺参的选择及焊接过程中相关参数的调整对焊缝成型质量控制非常重要。因此设计一种工艺参数流程化确定及实时调控的焊缝自动跟踪工艺自适应系统非常有必要。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：在平板对接接头焊接时，如何使弧焊机器人焊缝自动跟踪时实现焊前焊接参数的自适应推导，焊接过程中针对检测到的焊缝信息实时调整相关焊接参数，提高焊缝成型质量。
5.针以上述问题，本发明提出的技术方案是：第一方面，本方面实例提供了一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制装置，其特征在于，所述的装置包括：自适应工艺推演模块和自适应工艺监控模块。
6.优选的，所述的自适应工艺推演模块包括终端前台软件单元和终端后台数据库单元，其中所述的终端后台数据库单元为所述的终端前台软件单元提供焊接工艺数据支持；
7.优选的，所述的自适应工艺监控模块包括焊缝成型定量信息采集单元、终端上位机、自适应焊缝成型控制柜，其中所述的终端上位机通过以太网接口分别与所述的焊缝成型定量信息采集单元、自适应焊缝成型控制柜以及弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源、机器人控制柜保持通讯；所述的自适应焊缝成型控制柜与弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的机器人控制柜保持电气连接；
8.优选的，所述的自适应工艺推演模块以软件界面及软件包的形式安装储存在所述的自适应工艺监控模块的终端上位机上；
9.优选的，所述的自适应工艺推演模块用于焊缝跟踪前的工艺参数推演并将推演得到的工艺参数通过以太网接口发送给弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源及机器人
控制柜，以保证焊缝自动跟踪的顺利进行；所述的自适应工艺监控模块用于焊缝跟踪过程中实现成型焊缝熔宽、余高的闭环自适应控制。
10.优选的，所述的焊缝成型定量信息采集单元包括成型焊缝定量信息监测传感器、成型焊缝定量信息监测传感器控制柜；其中所述的成型焊缝定量信息监测传感器安装在弧焊机器人焊缝自动跟踪系统焊枪的后方并与焊缝跟踪传感器对称布置；所述的成型焊缝定量信息监测传感器与所述的成型焊缝定量信息监测传感器控制柜保持电气连接；
11.优选的，所述的终端上位机通过以太网接口与所述的焊缝成型定量信息采集单元保持通讯是指终端上位机通过以太网接口与所述的成型焊缝定量信息监测传感器控制柜保持的通讯；
12.所述的焊缝成型定量信息采集单元用于焊缝跟踪进行时，首先通过所述的成型焊缝定量信息监测传感器采集焊后成型焊缝的图像信息并将采集到的焊后成型焊缝的图像信息储存在所述的成型焊缝定量信息监测传感器控制柜的采集卡中，最后由成型焊缝定量信息监测传感器控制柜通过以太网接口将成型焊缝的图像信息发送给自适应工艺监控模块的终端上位机进行分析处理。
13.第二方面，本方面实例还提供了一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制方法，其中，该方法用于上述的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应装置；该方法包括：在焊缝跟踪前，工艺推演模块的终端前台软件单元根据已知条件，在终端后台数据库单元提供工艺参数支持的前提下，通过其内部推理机制推演出相应的工艺参数并将推演得到的工艺参数提供给弧焊机器人焊缝自动跟踪系统，以保证焊缝自动跟踪的顺利进行；当焊缝自动跟踪时，自适应工艺监控模块首先通过焊缝成型定量信息采集单元采集采焊后成型焊缝的图像信息，并通过终端上位机定量地分析焊后成型焊缝的图像的焊缝熔宽和余高信息，同时将分析得到的定量信息与它们的预期值进行比较，根据比较结果由自适应焊缝成型控制柜向弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的机器人控制柜发出指令，调节相关焊接参数，最终实现焊缝熔宽、余高的自适应闭环控制。
14.本发明实例带来以下有益效果：
15.本发明实例提供一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制装置及方法，该装置包括：自适应工艺推演模块和自适应工艺监控模块；其中，自适应工艺推演模块包括终端前台软件单元和终端后台数据库单元，终端后台数据库单元为终端前台软件单元提供焊接工艺数据支持；自适应工艺监控模块包括焊缝成型定量信息采集单元、终端上位机、自适应焊缝成型控制柜，终端上位机通过以太网接口分别与焊缝成型定量信息采集单元、自适应焊缝成型控制柜以及弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源、机器人控制柜保持通讯；自适应焊缝成型控制柜与弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的机器人控制柜保持电气连接；自适应工艺推演模块以软件界面及软件包的形式安装储存在所述的自适应工艺监控模块的终端上位机上；自适应工艺推演模块用于焊缝跟踪前的工艺参数推演并将推演得到的工艺参数通过以太网接口发送给弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源及机器人控制柜，以保证焊缝自动跟踪的顺利进行；自适应工艺监控模块用于焊缝跟踪过程中实现焊缝熔宽、余高的闭环自适应控制，以达到焊缝自动跟踪时提高焊缝成型质量的目的。
16.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的工艺自适应控制装置的结构示意图
20.图2为本发明实施例提供的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制装置的自适应工艺监控模块的三维结构示意图；
21.图3为本发明实施例提供的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制装置的自适应工艺推演模块的推演示意图；
22.图4为本发明实施例提供的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制方法流程图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制装置进行详细介绍。
25.实施例一
26.本发明实施例提供了一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制装置，如图1所示，该装置包括：自适应工艺推演模块100和自适应工艺监控模块200；自适应工艺推演模块100包括终端前台软件单元110和终端后台数据库单元120，终端后台数据库单元为所述的终端前台软件单元提供焊接工艺数据支持；自适应工艺监控模块200包括焊缝成型定量信息采集单元210、终端上位机220、自适应焊缝成型控制柜230；焊缝成型定量信息采集单元210包括成型焊缝定量信息监测传感器211、成型焊缝定量信息监测传感器控制柜212。
27.如图2所示，终端上位机220通过以太网接口分别与所述的焊缝成型定量信息采集单元210、自适应焊缝成型控制柜230以及弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源、机器
人控制柜保持通讯；自适应焊缝成型控制柜230与弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的机器人控制柜保持电气连接；自适应工艺推演模块100以软件界面及软件包的形式安装储存在自适应工艺监控模块200的终端上位机220上；成型焊缝定量信息监测传感器211安装在弧焊机器人焊缝自动跟踪系统焊枪的后方并与焊缝跟踪传感器对称布置；成型焊缝定量信息监测传感器211与成型焊缝定量信息监测传感器控制柜212保存电气连接；终端上位机220通过以太网接口与焊缝成型定量信息采集单元210保持通讯是指终端上位机220通过以太网接口与成型焊缝定量信息监测传感器控制柜212保持的通讯；
28.具体地，自适应工艺推演模块100用于焊缝自动跟踪前的工艺参数推演并将推演得到的工艺参数通过以太网接口发送给弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的焊接电源及机器人控制柜，以保证焊缝自动跟踪的顺利进行；自适应工艺监控模块200用于焊缝跟踪过程中实现成型焊缝熔宽、余高的闭环自适应控制。
29.具体实现时，焊缝自动跟踪前的自适应工艺推演过程如图3所示，用户在终端上位登录自适应工艺推演模块100的终端前台软件单元110，根据焊接母材选择异种母材焊接界面或者同种母材焊接界面，输入母材型号、母材厚度等基本参数，通过软件内部规则推演进入焊接结构设计界面，再次输入焊接结构设计所需的工件厚度、根部间隙、焊脚尺寸、根部长度、破口面角度、钝边、焊缝半径、坡口角度、余高、焊缝有效厚度等基本参数，再次经过内部规则推演由终端后台数据库单元120数据，推演得到所需的焊接电压、焊接电流、焊接速度、气体流量，最后由工艺参数确定界面把推演得到焊接参数发送到弧焊机器人焊缝自动跟踪系统，保证焊缝自动跟踪的顺利进行。
30.实际使用时，上述成型焊缝定量信息监测传感器211可以是激光传感器，采用条形光检测方法,激光发生器可以是机械扫描法,也可以是光学系统处理方法产生条形激光束,从一定的角度,横向投射在已焊好的焊缝上,条形激光ccd摄像机用来接受条形激光束的反射光图像,通过这个反射光图像可以获得焊缝熔宽及焊缝加余高的较准确信息。
31.具体使用时，自适应工艺监控模块在焊缝跟踪过程中对成型焊缝熔宽、余高的闭环自适应控制，对获得的图像进行滤波去噪,边缘检测、细化处理,提取其特征点。激光条纹在焊缝两侧产生弯曲的两点间距直接表示焊缝熔宽,而在焊缝表面变形成弧形的激光条纹,其高度与焊缝加强高大小成正比。把获得的焊缝熔宽和加强高定量信息,送至控制器与它们的预期值进行比较分析,如果产生偏差,则向执行机构发出指令,调节有关焊接参数,最终实现焊缝熔宽及加强高的闭环控制。
32.实施例二
33.在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制方法，该方法应用于上述的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制装置；如图4所示的一种适用于平板对接接头焊接的弧焊机器人焊缝自动跟踪的工艺自适应控制方法流程图的流程图，该方法包括以下步骤：
34.步骤s301,在焊缝自动跟踪前，工艺推演模块的终端前台软件单元根据已知条件，在终端后台数据库单元提供工艺参数支持的前提下，通过其内部推理机制推演出相应的工
艺参数并将推演得到的工艺参数提供给弧焊机器人焊缝自动跟踪系统，以保证焊缝自动跟踪的顺利进行。
35.步骤s302,当焊缝自动跟踪时，自适应工艺监控模块首先通过焊缝成型定量信息采集单元采集采焊后成型焊缝的图像信息，并通过终端上位机定量地分析焊后成型焊缝的图像的焊缝熔宽和余高信息，同时将分析得到的定量信息与它们的预期值进行比较，根据比较结果由自适应焊缝成型控制柜向弧焊机器人焊缝自动跟踪系统的机器人控制柜发出指令，调节相关焊接参数，最终实现焊缝熔宽、余高的自适应闭环控制。
36.很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。