CN105215534B - 一种高频焊接智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频焊接智能控制系统及方法，该系统包括：机器视觉系统，适用于采集高频焊机工作时，在焊接区的焊接参数；所述分析系统，适用于将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。本发明将所述焊接参数与预设焊接参数进行一一比对分析，计算每个焊接参数与预设焊接参数的误差值，综合每个焊接参数误差值生成相应的高频焊机的功率调整量，形成闭环控制系统，达到智能调节高频焊机的功率的目的。大大缩短了高频焊机的调试时间；提高了高频焊机的作业效率，同时，增加了高频焊机的智能化程度，极大的降低了其操作人员的工作强度。

Description

一种高频焊接智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及高频焊管设备技术领域，特别是涉及一种基于高频焊管的高频焊接智能控制系统及方法。

背景技术

高频焊管机组采用钢卷为原料，通过一系列的纵向变形过程，使带钢变形成开口圆管，经过高频焊接装置焊接后，生产出焊管。高频焊管具有生产成本低、钢管圆度高、输送效率高、单侧焊缝便于维护、残余应力低等优点。且被广泛应用于建筑结构、管线输送等领域，其中，生产的产品品种有结构管、石油套管、管线管等。

然而，现有的高频焊接智能控制系统在焊接时，存在作业效率低、焊接质量不稳定的问题，究其原因在于：

第一，现场操作人员通过观察焊接区的实际情况调整高频焊机功率，调整好后，通过高频焊机功率与焊接速度自动匹配功能，实现连续生产。由于人工手动调整高频焊机时间较长，需要实时对焊接区进行监控，造成人工干预高频焊机功率的现象，不仅导致焊接质量很不稳定，还增大人员劳动强度。

第二，通过监控焊接区焊接温度，根据焊接温度变化，调整焊接功率以及挤出机轧制压力，实现自动焊接。当焊接区环境恶劣时，焊接温度检测往往不准确，从而使得焊接功率控制不好，导致焊接质量很不稳定。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高频焊接智能控制系统及方法，用于解决现有技术中高频焊接时，无法根据监控区域焊接情况，自动调节焊接功率，导致焊接效率低质量不稳定的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高频焊接智能控制系统，包括：

所述机器视觉系统，适用于采集高频焊机工作时，在焊接区的焊接参数；

所述分析系统，适用于将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。

优选地，所述机器视觉系统采集的焊接参数为高频焊机焊接时的外毛刺形状与火花状态。

优选地，所述分析系统提取外毛刺形状中的宽度与高度，与预设外毛刺形状中的宽度与高度进行对比分析，生成相应第一误差值。

优选地，所述分析系统提取火花状态中的亮度与颜色，与预设火花状态中的亮度与颜色进行对比分析，生成相应第二误差值。

优选地，所述分析系统根据所述第一误差值与所述第二误差值的综合分析，生成所述高频焊机相应的调整量。

优选地，所述机器视觉系统通过光学成像方式采集外毛刺形状与火花状态。

优选地，还包括压力反馈系统，适用于根据压力传感器检测的挤出机架的轧制压力进行反馈。

优选地，所述分析系统还适用于将接收的所述轧制压力与预设轧制压力进行对比分析，生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。

优选地，还包括计算系统，适用于根据焊接的钢管型号设置预设毛刺形状、预设焊接火花与预设轧制压力。

本发明的另一目的在于提供一种高频焊接智能控制方法，包括：

采集高频焊机工作时，在焊接区的焊接参数，其中，所述焊接参数包括外毛刺形状与火花状态；

将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。

如上所述，本发明的高频焊接智能控制系统及方法，具有以下有益效果：

通过机器视觉系统采集高频焊机在焊接区的焊接参数，根据所述焊接参数与预设焊接参数进行一一比对分析，计算每个焊接参数与预设焊接参数的误差值，综合每个焊接参数误差值生成相应的高频焊机的功率调整量，形成闭环控制系统，达到智能调节高频焊机的功率的目的。大大缩短了高频焊机的调试时间，由原来三小时的调试时间缩短为一小时；提高了高频焊机的作业效率，同时，增加了高频焊机的智能化程度，极大的降低了其操作人员的工作强度。

附图说明

图1显示为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制系统结构框图；

图2显示为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制系统另一结构框图；

图3显示为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制方法流程图。

元件标号说明：

1、机器视觉系统，2、分析系统，3、高频焊机，4、焊接区，5、压力反馈系统，6、挤出机架，7、初始设定系统，8、计算系统。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制系统结构框图，详述如下：

所述机器视觉系统1，适用于采集高频焊机3工作时，在焊接区4的焊接参数；

所述分析系统2，适用于将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

在本实施例中，所述焊接参数包括为外毛刺形状与火花状态，其采集时，均是在高频焊机3工作的焊接区4；其采集的方式为光学成像，相对于激光成像、射线成像，采用光学成像的方式更容易实现，成本更低。

其中，机器视觉系统1包括摄像头、镜头、图形采集卡，在焊接区4，通过设置摄像头与镜头在对应到工作的焊接区4，对焊接时产生的外毛刺形状、焊接火花状态进行拍照，图形采集卡对采集的外毛刺形状、火花状态进行数据化处理，生成相应的数字信号，将其传输至分析系统2，减少了失真度。

在本实施例中，摄像头是型号为Microvision MV-808H工业相机，镜头是型号为VS-M1024工业连续放大变倍镜头，摄像头与镜头的数量均为3台，均匀设置在焊接区4的周围，提高了采集精度，减少失真度；图形采集卡是型号为MV-8002两路高清图像采集卡。

在本实施例中，所述分析系统2包括图形分析子系统与压力分析子系统，所述图形分析子系统根据接收的外毛刺形状与火花状态，与预设外毛刺形状与火花状态进行对比，一一分析与预设外毛刺形状与火花状态的误差，根据误差相对大小生成相应的高频焊机3的功率调整量，调整高频焊机3的功率；所述压力分析子系统根据压力传感器检测的挤出机架6的轧制压力，与预设轧制压力进行对比，分析相互之间的误差生成高频焊机3的功率调整量，调整高频焊机3的功率，从而达到控制挤出机架6的轧制压力的目的。

通过机器视觉系统1采集高频焊机3在焊接区4的焊接参数，根据所述焊接参数与预设焊接参数进行一一比对分析，计算每个焊接参数与预设焊接参数的误差值，综合每个焊接参数误差值生成相应的高频焊机3的功率调整量，形成闭环控制系统，达到智能调节高频焊机3的功率的目的。大大缩短了高频焊机3的调试时间，由原来三小时的调试时间缩短为一小时；提高了高频焊机3的作业效率，同时，增加了高频焊机3的智能化程度，极大的降低了其操作人员的工作强度。

如图2所示，为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制系统另一结构框图，详述如下：

通过机器视觉系统1采集高频焊机3在焊接区4的焊接参数，最终，到达根据调整量控制高频焊机3的功率目的，实现方式与图1中相同，在此不一一赘述。

所述压力反馈系统5据压力传感器检测的挤出机架6的轧制压力，所述压力分析子系统将接收的所述轧制压力与预设轧制压力进行对比分析，生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。其中，所述压力分子系统与所述图形分析子系统综合后，生成调整量，根据调整量对所述高频焊机3的功率进行调整。

在本实施例中，所述图形分析子系统对接收的外毛刺形状，按照其宽度与高度分别和预设外毛刺形状中的宽度与高度进行一一对比分析，生成相应第一误差值；所述图形分析子系统还包括对接收的火花状态的亮度、颜色分别与预设火花状态中亮度、颜色一一进行对比分析，生成相应的第二误差值；所述压力分析子系统将接收的轧制压力与预设轧制压力进行对比分析，生成相应的第三误差值。

在高频焊机3实际工作中，一方面，可直接根据外毛刺形状得到第一误差值，生成相应的高频焊机3调整量；另一方面，可直接根据火花状态得到第二误差值，生成相应的高频焊机3调整量；另一方面，也可根据接收的轧制压力得到第三误差值，生成相应的高频焊机3调整量。分别一一进行调整，但如果按上述三方面实时调整高频焊机3功率不仅控制紊乱，还造成焊接的质量不稳定，不适合推广利用。当将第一误差值、第二误差值、第三误差值按照如下方式进行中和，不仅提高了调节的准确率，还保证了高频焊机3的质量。

其中，可以按照比例法、叠加法、对比法、解析法(即，综合解析公式)等方式中任意一种对上述误差值进行中和，使得分析系统2能够计算出高频焊机3的功率调整量，形成反向控制高频焊机3的机制，实现闭环控制系统。

优选地，在本实施例中，所述计算系统8适于根据焊接的钢管型号设置预设毛刺形状、预设焊接火花与预设轧制压力，具体地，每种钢管的型号所对应的钢管材质、外径、壁厚均不同，将选择钢管型号所对应参数输入至数学模型，计算出相应挤出机架6孔型、预设毛刺形状、预设焊接火花、预设轧制压力、焊接区4V角和磁棒位置。

其中，挤出机架6孔型根据成品钢管外径大小，根据定径量计算出挤出机架6挤出后钢管形状，在此基础上，考虑挤出机架6的形状要求、挤出后的弹复量，最终，计算出挤出机架6孔型，不仅减小了焊接间隙，还防止焊接时形状不对，导致跑焊。

根据钢管材质、钢管外径、壁厚，推算出钢管焊接温度，根据金属流动性质、以及冷却过程，推算出预设毛刺形状，即毛刺高度、宽度。

各种材质在焊接过程中火花状态不一样，通过分析计算，确定预设焊接火花状态，包括，火花中间亮块的大小，外围火花的颜色。

焊接区4V角一般为3°～6°，通过对比分析确定最佳V角。

通过磁场计算公式，确定磁棒最佳位置。

最终，通过计算系统8中的数学模型计算的输出值，输入至初始设定系统7，完成预设挤出机架6孔型、预设毛刺形状、预设焊接火花、预设轧制压力、焊接区4V角和磁棒位置，达到预设参数设置的目的。

在本实施例中，所述参数输出系统根据挤出机架6上的绝对值编码器、PLC系统，确定挤出机架6现有辊位参数，按照数学模型输出挤出机架6孔型，计算出挤出机架6的辊位值，所述PLC系统根据辊位值驱动挤出机架6调整机构，达到调整挤出机架6的目的。

具体地，通过设置在挤出机架6上的绝对值编码器，获取该绝对值编码器的数据，反馈丝杠旋转的圈数，换算丝杠螺旋，确定轧辊位置移动的距离，通过几何关系换算，确定该机架轧辊位置参数(即，开口度)。

根据挤出机架6孔型上的位置坐标数据，通过几何关系换算，可得知预设定的轧辊位置参数(开口度)。将预设定的轧辊位置参数(开口度)与上述轧辊位置参数(开口度)进行比较，即可计算出开口度差值，反向换算出丝杠的旋转方向及圈速，通过PLC系统，驱动电机带动丝杠旋转至适当的位置，即挤出机架6调整到位。

在本实施例中，高频焊接智能控制系统包括机器视觉系统1，分析系统2、压力反馈系统5、参数输出系统和数学模型，参数输出系统即为图2中初始设定系统7，通过数学模型的配合调节参数输出系统的预设各类参数。其中，各个系统共用一台HMI(Human MachineInterface，人机界面)、一台工控机以及一套电气系统。机器视觉系统1与分析系统2均安装在工控机内，操作人员通过HMI可对各个系统进行调试；各个系统通过电气系统与各机械设备相连，检测和采集各机械设备的相关数据(轧辊位置参数、轧制压力、焊接参数等)，根据采集的相关数据分析得到各机械设备的相应的调整量，完成频焊接智能控制系统的智能控制。

如图3所示，为本发明实施例中的一种高频焊接智能控制方法流程图，详述如下：

采集高频焊机3工作时，在焊接区4的焊接参数，其中，所述焊接参数包括外毛刺形状与火花状态；

将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

实施例1

高频焊机3工作时，采集在焊接区4的外毛刺形状；

将接收的外毛刺形状中宽度与高度分别与预设外毛刺形状中宽度与高度一一进行对比分析，根据外毛刺形状对比分析结果生成第一误差值；

根据所述第一误差值生成高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

实施例2

高频焊机3工作时，采集在焊接区4的火花状态；

将接收的火花状态中颜色与亮度分别与预设火花状态中颜色与亮度一一进行对比分析，根据火花状态对比分析结果生成第二误差值；

根据所述第二误差值生成高所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

实施例3

高频焊机3工作时，采集在焊接区4的火花状态和外毛刺形状；

将接收的火花状态中颜色与亮度分别与预设火花状态中颜色与亮度一一进行对比分析，同时，将接收的外毛刺形状中宽度与高度分别与预设外毛刺形状中宽度与高度一一进行对比分析，根据外毛刺形状与火花状态中对比分析结果生成相应的第一误差值和第二误差值，中和所述第一误差值与所述第二误差值的生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

实施例4

在采集高频焊机3的焊接参数的同时，还包括采集挤出机架6的轧制压力；

将接收的所述轧制压力与预设轧制压力进行对比分析，生成相应的第三误差值，中和第一误差值、第二误差值与第三误差值生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

优选的，当所述焊接参数忽略时，根据所述第三误差值也可生成所述高频焊机3相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机3的工作功率。

在本实施例中，通过上述几种方式采集不同误差值，最终，根据误差值的大小不同按照数据库和经验累计选择不同的中和方式，不仅可精确的计算到高频焊机3相对的调整量，按照该调整量对所述高频焊机3的功率进行调整，使得高频焊机3更易控制，焊接质量更稳定。

综上所述，本发明通过机器视觉系统1采集高频焊机3在焊接区4的焊接参数，根据所述焊接参数与预设焊接参数进行一一比对分析，计算每个焊接参数与预设焊接参数的误差值，综合每个焊接参数误差值生成相应的高频焊机3的功率调整量，形成闭环控制系统，达到智能调节高频焊机3的功率的目的。大大缩短了高频焊机3的调试时间，由原来三小时的调试时间缩短为一小时；提高了高频焊机3的作业效率，同时，增加了高频焊机3的智能化程度，极大的降低了其操作人员的工作强度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种高频焊接智能控制系统，其特征在于，包括机器视觉系统与分析系统，

所述机器视觉系统，适用于采集高频焊机工作时，在焊接区的焊接参数，其中，所述机器视觉系统采集的焊接参数为高频焊机焊接时的外毛刺形状与火花状态；

所述分析系统，适用于将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率；所述分析系统提取外毛刺形状中的宽度与高度，与预设外毛刺形状中的宽度与高度进行对比分析，生成相应第一误差值；所述分析系统提取火花状态中的亮度与颜色，与预设火花状态中的亮度与颜色进行对比分析，生成相应第二误差值；所述分析系统根据所述第一误差值与所述第二误差值的综合分析，生成所述高频焊机相应的调整量。

2.根据权利要求1所述的高频焊接智能控制系统，其特征在于，所述机器视觉系统通过光学成像方式采集外毛刺形状与火花状态。

3.根据权利要求1所述的高频焊接智能控制系统，其特征在于，还包括压力反馈系统，适用于根据压力传感器检测的挤出机架的轧制压力进行反馈。

4.根据权利要求3所述的高频焊接智能控制系统，其特征在于，所述分析系统还适用于将接收的所述轧制压力与预设轧制压力进行对比分析，生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。

5.根据权利要求1所述的高频焊接智能控制系统，其特征在于，还包括计算系统，适用于根据焊接的钢管型号设置预设毛刺形状、预设焊接火花与预设轧制压力。

6.采用权利要求1～5中任意一项所述的高频焊接智能控制系统的方法，其特征在于，包括：

采集高频焊机工作时，在焊接区的焊接参数，其中，所述焊接参数包括外毛刺形状与火花状态；

将接收的焊接参数与预设焊接参数一一进行对比分析，按照对比分析结果生成所述高频焊机相应的调整量，根据所述调整量对应调节所述高频焊机的工作功率。