CN105618976B - 一种智能焊缝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能焊缝系统，包括CCD视觉传感器、工控电脑、第一数控装置、焊枪微调十字架运动控制机构和焊枪；所述CCD视觉传感器用于对焊缝进行实时扫描，并将该扫描信息发送至工控电脑；所述工控电脑用于对扫描信息进行运算处理，生成焊枪运动轨迹坐标，并将生成的运动轨迹坐标传送至第一数控装置；所述第一数控装置根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至焊枪微调十字架运动控制机构；所述焊枪微调十字架运动控制机构，用于控制所述焊枪的水平移动、竖直移动及姿态角旋转移动。相比于现有技术，本发明可以实现同步扫描，同步焊接，没有预扫描时间，最大化提高焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊缝设备，特别是一种智能焊缝系统。
背景技术
在电站锅炉、压力容器行业，需要针对管与鳍片焊接的进行生产加工。如图1所示，其为管与鳍片的焊缝示意图。其中，两管之间的间隙为所需要焊接的焊缝A。
然而现有机器焊接设备在焊接过程中，时时刻刻都需要操作工观察焊缝的位置，并需要人工及时有效的调整焊枪，以使焊枪能跟上焊缝轨迹，保证焊接质量。人工对焊缝轨迹的观察或焊缝出现了偏差，人工是做不到精确观察且不能提前做到预判，即使是人工手动调节，也会出现调节滞后及调整不精确的问题。
而现有自动焊接设备，需要人工手动干预管对鳍片焊接，其具体存在以下的缺陷：
1、要求焊接管排必须水平放置，仅对管排的直段部分可实现焊接，对管子弯曲、管子高度变化、管子变径的管排不能进行焊接，只能另外通过人工手动补焊完成。
2、现有焊接设备主要通过焊枪微调十字架机械机构进行焊枪的调整。焊接运行过程中焊缝的位置和焊枪调整只能通过人工观察焊缝轨迹并手动进行调节焊枪微调十字架机构，精确度差，误差大，而且很难一次调节到位，需要反复调节才能使焊枪到达合适的位置，这种调节方式就会滞后及不准确了。
3、焊接管排的每条焊缝的顺序只能是人工手动移动工作站，不能预先编辑焊接顺序。
4、2个工作站需要2名操作工人实时跟踪监控，需要根据实际焊缝位置手动调节焊枪微调十字架的调节手柄，使焊枪到达合适位置，这样工人每分每秒处于紧张状态，负荷就明显加重。
5、现有的焊接设备的电气控制以PLC核心，无法做到精准定位控制，误差大；不能实现产品CAD图形导入功能。
发明内容
本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能化视觉跟踪焊缝系统，既改善了焊接质量，又减轻工人负担、减少操作工人及提高生产效率。
本发明是通过以下的技术方案实现的：一种智能焊缝系统，包括CCD视觉传感器、工控电脑、第一数控装置、焊枪微调十字架运动控制机构和焊枪；
所述CCD视觉传感器用于对焊缝进行实时扫描，并将该扫描信息发送至工控电脑；
所述工控电脑用于对扫描信息进行运算处理，生成焊枪运动轨迹坐标，并将生成的运动轨迹坐标传送至第一数控装置；
所述第一数控装置根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至焊枪微调十字架运动控制机构；
所述焊枪微调十字架运动控制机构，用于控制所述焊枪的水平移动、竖直移动及姿态角旋转移动。
相比于现有技术，本发明通过CCD视觉传感器实时扫描焊缝及处理运算数据，做到一边扫描，一边生成焊枪运动轨迹。这样就可以实现同步扫描，同步焊接，没有预扫描时间，最大化提高焊接效率。
其次，本发明的智能化视觉跟踪焊缝控制系统能处理管子弯曲、管子高度变化、管子变径部分复杂管排的焊接，并一次性焊接完成，无需额外人工手动补焊。
再次，本发明的视觉系统能根据实际焊缝位置自动微调焊枪位置，工人无需实时跟踪监控，工作强度大大降低。
作为本发明的进一步改进，还包括视觉微调十字架运动控制机构；所述第一个数控装置根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至视觉微调十字架运动控制机构；所述视觉微调十字架运动控制机构根据该驱动命令控制CCD视觉传感器的水平运动和竖直运动。进一步，本发明通过视觉微调十字架运动控制机构，能够控制该CCD视觉传感器检测到任何位置的焊缝。
作为本发明的进一步改进，所述CCD视觉传感器位于所检测管道或鳍片的中部，并同时检测该管道或鳍片两边的两条焊缝。
作为本发明的进一步改进，所述焊枪为两条，每条焊枪分别与一个微调十字架运动控制机构连接。
作为本发明的进一步改进，所述焊枪微调十字架运动控制机构包括水平移动轴、竖直移动轴、旋转移动轴、第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机；
所述第一伺服电机与该水平移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该水平移动轴转动，从而驱动该焊枪进行水平移动；
所述第二伺服电机与该竖直移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该竖直移动轴转动，从而驱动该焊枪进行竖直移动；
所述第三伺服电机与该旋转移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该旋转移动轴转动，从而驱动该焊枪进行旋转移动。
作为本发明的进一步改进，所述视觉微调十字架运动控制机构包括第二水平移动轴、第二竖直移动轴、第四伺服电机和第五伺服电机；
所述第四伺服电机与该第二水平移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该第二水平移动轴转动，从而驱动该CCD视觉传感器进行水平移动。
所述第五伺服电机与该第二竖直移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该第二竖直移动轴转动，从而驱动该CCD视觉传感器进行竖直移动。
作为本发明的进一步改进，还包括第二数控装置，所述第二数控装置用于编辑焊接顺序，控制该焊枪根据预先编辑好的焊接顺序进行焊接。进一步，通过第二数控装置编辑管排焊缝的焊接顺序，预先编辑好焊缝的焊接顺序，然后完全自动按照编辑好的顺序进行焊接工作，实现全自动无需人工干预的自动移动到焊接位置进行焊接的方式。
作为本发明的进一步改进，还包括一个龙门架运动控制机构，所述龙门架运动控制机构与所述焊枪连接，用于接收第二数控装置的命令，控制所述焊枪的焊接位置，以根据设定的焊接顺序进行焊接。
作为本发明的进一步改进，还包括一个触屏操作台；所述触屏操作台用于输入焊接工艺参数设定，并在焊接过程中根据视觉检测的数据并通过视觉处理软件的计算，可自动调节焊接电流、电压、送丝速度及焊接速度。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是现有技术中为管与鳍片的焊缝示意图。
图2是本发明的智能焊缝系统的连接框图。
图3是本发明中CCD视觉传感器检测焊缝的示意图。
图4是本发明的焊枪微调十字架运动控制机构的结构示意图。
图5是本发明的视觉微调十字架运动控制机构的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2，其为本发明的智能焊缝系统的连接框图。
本发明提供了一种智能焊缝系统，包括CCD视觉传感器1、工控电脑2、第一数控装置3、焊枪微调十字架运动控制机构4、焊枪5、视觉微调十字架运动控制机构6、第二数控装置7、龙门架运动控制机构8和触屏操作台9。
所述CCD视觉传感器1用于对焊缝进行实时扫描，并将该扫描信息发送至工控电脑2。请同时参阅图3，其为本发明中CCD视觉传感器检测焊缝的示意图。所述CCD视觉传感器1位于所检测管道或鳍片的中部A0，并同时检测该管道或鳍片两边的焊缝A1和焊缝A2。
所述工控电脑2用于对扫描信息进行运算处理，生成焊枪运动轨迹坐标，并将生成的运动轨迹坐标传送至第一数控装置3。
所述第一数控装置3根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至焊枪微调十字架运动控制机构5和视觉微调十字架运动控制机构8。
相应地，在本实施例中，所述焊枪5为两条，每条焊枪5分别与一个微调十字架运动控制机构6连接。
所述焊枪微调十字架运动控制机构4，用于控制所述焊枪5的水平移动、竖直移动及姿态角旋转移动。具体的，请参阅图4，其为本发明的焊枪微调十字架运动控制机构的结构示意图。
所述焊枪微调十字架运动控制机构4包括水平移动轴41、竖直移动轴42、旋转移动轴43、第一伺服电机44、第二伺服电机45和第三伺服电机46。
其中，所述第一伺服电机44与该水平移动轴41连接，用于根据第一数控装置3的驱动命令驱动该水平移动轴41转动，从而驱动该焊枪5进行水平移动。
所述第二伺服电机45与该竖直移动轴42连接，用于根据第一数控装置3的驱动命令驱动该竖直移动轴42转动，从而驱动该焊枪5进行竖直移动。
所述第三伺服电机46与该旋转移动轴43连接，用于根据第一数控装置3的驱动命令驱动该旋转移动轴43转动，从而驱动该焊枪5进行旋转移动。
所述视觉微调十字架运动控制机构6根据该驱动命令控制CCD视觉传感器的水平运动和竖直运动。通过视觉微调十字架运动控制机构，能够控制该CCD视觉传感器检测到任何位置的焊缝。请同时参阅图5，其为本发明的视觉微调十字架运动控制机构的结构示意图。
所述视觉微调十字架运动控制机构6包括第二水平移动轴61、第二竖直移动轴62、第四伺服电机63和第五伺服电机64。
所述第四伺服电机63与该第二水平移动轴61连接，用于根据第一数控装置3的驱动命令驱动该第二水平移动轴61转动，从而驱动该CCD视觉传感器1进行水平移动。
所述第五伺服电机64与该第二竖直移动轴62连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该第二竖直移动轴62转动，从而驱动该CCD视觉传感器1进行竖直移动。
所述第二数控装置7用于编辑焊接顺序，控制该焊枪根据预先编辑好的焊接顺序进行焊接。进一步，通过第二数控装置7编辑管排焊缝的焊接顺序，预先编辑好焊缝的焊接顺序，然后完全自动按照编辑好的顺序进行焊接工作，实现全自动无需人工干预的自动移动到焊接位置进行焊接的方式。
所述龙门架运动控制机构8与所述焊枪连接，用于接收第二数控装置7的命令，控制所述焊枪的焊接位置，以根据设定的焊接顺序进行焊接。
所述触屏操作台9用于输入焊接工艺参数设定，并在焊接过程中根据视觉检测的数据并通过视觉处理软件的计算，可自动调节焊接电流、电压、送丝速度及焊接速度。
以下简单介绍本发明的智能焊缝系统的工作过程：
首先，用户先通过在触屏操作台9上输入相关的参数，包括管子外径、鳍片宽度、焊材直径、管子材料、鳍片材料和焊材等参数，在焊接过程中根据视觉检测的数据并通过视觉处理软件的计算，可自动调节焊接电流、电压、送丝速度及焊接速度。同时，通过该第二数控装置设置焊接的顺序。
当启动焊接时，所述第二数控装置先控制龙门架带动焊枪按照顺序移动至所需要焊接的管子处。此时，CCD视觉传感器实时扫描焊缝位置，并将该数据发送至所述工控电脑。所述工控电脑根据该数据信息生成焊枪运动轨迹，并发送至第一数控装置。所述第一数控装置发送驱动命令至焊枪微调十字架运动控制机构，控制该焊枪的水平、竖直方向的移动和姿态角旋转。同时，该第一数控装置发送驱动命令至视觉微调十字架运动控制机构，控制该CCD视觉传感器水平和竖直方向的移动，从而检测进一步的焊缝位置。
相比于现有技术，本发明通过CCD视觉传感器实时扫描焊缝及处理运算数据，做到一边扫描，一边生成焊枪运动轨迹。这样就可以实现同步扫描，同步焊接，没有预扫描时间，最大化提高焊接效率。
其次，本发明的智能化视觉跟踪焊缝控制系统能处理管子弯曲、管子高度变化、管子变径部分复杂管排的焊接，并一次性焊接完成，无需额外人工手动补焊。
再次，本发明的视觉系统能根据实际焊缝位置自动微调焊枪位置，工人无需实时跟踪监控，工作强度大大降低。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (7)
1.一种智能焊缝系统，其特征在于：包括CCD视觉传感器、工控电脑、第一数控装置、焊枪微调十字架运动控制机构和焊枪；
所述CCD视觉传感器用于对焊缝进行实时扫描，并将该扫描信息发送至工控电脑；
所述工控电脑用于对扫描信息进行运算处理，生成焊枪运动轨迹坐标，并将生成的运动轨迹坐标传送至第一数控装置；
所述第一数控装置根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至焊枪微调十字架运动控制机构；
所述焊枪微调十字架运动控制机构，用于控制所述焊枪的水平移动、竖直移动及姿态角旋转移动；
还包括视觉微调十字架运动控制机构；所述第一数控装置根据所接收的运动轨迹坐标，发送驱动命令至视觉微调十字架运动控制机构；所述视觉微调十字架运动控制机构根据该驱动命令控制CCD视觉传感器的水平运动和竖直运动；
所述视觉微调十字架运动控制机构包括第二水平移动轴、第二竖直移动轴、第四伺服电机和第五伺服电机；
所述第四伺服电机与该第二水平移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该第二水平移动轴转动，从而驱动该CCD视觉传感器进行水平移动；
所述第五伺服电机与该第二竖直移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该第二竖直移动轴转动，从而驱动该CCD视觉传感器进行竖直移动。
2.根据权利要求1所述智能焊缝系统，其特征在于：所述CCD视觉传感器位于所检测管道或鳍片的中部，并同时检测该管道或鳍片两边的两条焊缝。
3.根据权利要求2所述智能焊缝系统，其特征在于：所述焊枪为两条，每条焊枪分别与一个微调十字架运动控制机构连接。
4.根据权利要求3所述智能焊缝系统，其特征在于：所述焊枪微调十字架运动控制机构包括水平移动轴、竖直移动轴、旋转移动轴、第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机；
所述第一伺服电机与该水平移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该水平移动轴转动，从而驱动该焊枪进行水平移动；
所述第二伺服电机与该竖直移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该竖直移动轴转动，从而驱动该焊枪进行竖直移动；
所述第三伺服电机与该旋转移动轴连接，用于根据第一数控装置的驱动命令驱动该旋转移动轴转动，从而驱动该焊枪进行旋转移动。
5.根据权利要求1所述智能焊缝系统，其特征在于：还包括第二数控装置，所述第二数控装置用于编辑焊接顺序，控制该焊枪根据预先编辑好的焊接顺序进行焊接。
6.根据权利要求5所述智能焊缝系统，其特征在于：还包括一个龙门架运动控制机构，所述龙门架运动控制机构与所述焊枪连接，用于接收第二数控装置的命令，控制所述焊枪的焊接位置，以根据设定的焊接顺序进行焊接。
7.根据权利要求1所述智能焊缝系统，其特征在于：还包括一个触屏操作台；所述触屏操作台用于输入焊接工艺参数设定，并在焊接过程中根据视觉检测的数据并通过视觉处理软件的计算，自动调节焊接电流、电压、送丝速度及焊接速度。
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