CN105855757B - 一种实时的焊接缺陷在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时的焊接缺陷在线监测方法及装置，结合装置和方法，能够对焊接参数进行在线的实时监控。并将监控数据进行保存。同时通过设定的电参数标准值及通过超出标准值不匹配度与缺陷数据库的数据进行对比可评判焊缝质量。本发明可以快速有效的对自动焊接的参数进行监控，评判并提高自动焊接的质量。

Description

一种实时的焊接缺陷在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及焊接过程中的监测方法，尤其是一种实时的焊接缺陷在线监测方法，同时提供一种用于这种监测方法的装置。

背景技术

铝合金材料以其重量轻，耐蚀性好和易于采用挤压方法成型等优点成为交通运输领域减轻自重的理想材料。然而在铝合金焊接过程存在大量的裂纹、未熔合、未焊透等缺陷。尤其是在动车组铝合金车体焊接过程中，由于结构件具备较长的长度，在焊接过程中存在的焊接缺陷隐匿在焊接接头中，焊后无法发现，从而造成了极大的安全隐患。而且还存在目前动车组铝合金焊接质量问题频发，无法对焊接过程出现的缺陷及时发现和检测，事后无相应数据支持，分析难度大等问题。

对于其他类似的焊接过程，也存在相同的问题。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种实时的焊接缺陷在线监测装置及监测方法，实现对自动化焊接过程的工艺参数进行实时监控，实现数据的可追朔及焊接缺陷预测。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明首先提供了一种实时的焊接缺陷在线监测方法，包括以下步骤：

一种实时的焊接缺陷在线监测方法，包括以下步骤，

S1，在智能控制系统中设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库；

S2，在焊接过程中，将采集来的相应电参数实时传输给智能控制系统，并进行保存；所述电参数包括通过电流传感器和/或电压传感器分别获取的焊接电源的电流参数和/或电压参数，以及气流量传感器获取的焊接用气流量参数；

S3，智能控制系统对采集来的电参数与标准值进行对比、分析、评估及判定，当采集到的实时电参数与标准值相匹配或是不匹配度在标准值的±10％范围内时，焊接继续；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，且不匹配度超出上述范围时，进行报警，并根据预设程序及不匹配度确定焊接是否继续。

进一步的，当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度在标准值的10％至20％、或-10％至-18％范围内时，通过报警装置报警，智能控制系统记录数据，并继续焊接；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度超出标准值的20％或低于-18％时，调用缺陷数据库，对实时的电参数变化曲线进行智能实别，在智能控制系统中进行分析，获得当前焊接缺陷的预测及评估，记录当前事件，通过报警装置报警，并停止焊接。

同时，本发明还提供了一种实时的焊接缺陷在线监测装置，一种实时的焊接缺陷在线监测装置，包括通过焊接电源相互连接的焊接操作系统、焊接控制系统及智能控制系统，其中，

焊接操作系统，在焊接控制系统的控制下，进行焊接操作，包括与焊接电源正极连接且安装在机器人末端的焊枪、与焊接电源负极电连接且与电压传感器串联的电流传感器、与保护气瓶、电源控制端口分别连接的气流量传感器，焊接电源正极与焊枪电连接，机器人安装在机器人支座上在焊接操作平台上进行焊接操作；

焊接控制系统，采集焊接操作系统过程中的一项或多项电参数并传输给智能控制系统，根据智能控制系统反馈的信号控制焊接操作系统是否进行焊接操作；

智能控制系统，设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库，对焊接控制系统采集并传输来的电参数与标准值进行对比、分析、评估及判定，根据判定结果，选择控制程序，并将控制信号反馈给焊接控制系统，从而控制焊接操作，并记录电参数及判定结果，当采集到的实时电参数与标准值相匹配或是不匹配度在标准值的±10％范围内时，焊接继续；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度在标准值的10％至20％、或-10％至-18％范围内时，通过报警装置报警，智能控制系统记录数据，并继续焊接；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度超出标准值的20％或低于-18％时，调用缺陷数据库，对实时的电参数变化曲线进行智能识别，在智能控制系统中进行分析，获得当前焊接缺陷的预测及评估，记录当前事件，通过报警装置报警，并停止焊接。

进一步的，所述智能控制系统包括通用devicenet和智能控制器，所述通用devicenet进行电参数的设置，与所述焊接电源的电源控制端口相连，并将采集的电参数录入所述智能控制器保存并分析。

进一步的，所述电参数的采样频率为200—500点/秒。

进一步的，还包括与所述机器人电连接且控制所述机器人焊接操作的机器人控制柜和与智能控制系统电连接的机器人示教器。

综上所述，本发明提供的一种实时的焊接缺陷在线监测方法及装置，结合装置和方法，能够对焊接参数进行在线的实时监控。并将监控数据进行保存。同时通过设定的电参数标准值及通过超出标准值不匹配度与缺陷数据库的数据进行对比可评判焊缝质量。本发明可以快速有效的对自动焊接的参数进行监控，评判并提高自动焊接的质量。

附图说明

图1：本发明一种实时的焊接缺陷在线监测装置的系统组成示意图；

图2：本发明一种实时的焊接缺陷在线监测方法的控制流程示意图。

其中：通用devicenet1，电流传感器2，机器人示教器3，机器人控制柜4，电压传感器5，焊接操作平台6，机器人底座7，机器人8，焊枪9，控制界面10，智能控制器11，报警装置12，保护气瓶13，气流量传感器14，电源控制端口15，焊接电源16，焊接电源正板17，焊接电源负极18。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种实时的焊接缺陷在线监测装置，包括通过焊接电源16相互连接的焊接操作系统、焊接控制系统及智能控制系统，其中：

焊接操作系统，在焊接控制系统的控制下，进行焊接操作；

焊接控制系统，采集焊接操作系统过程中的一项或多项电参数并传输给智能控制系统，根据智能控制系统反馈的信号控制焊接操作系统是否进行焊接操作；

智能控制系统，设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库，对焊接控制系统采集并传输来的电参数与标准值进行对比、分析、评估及判定，根据判定结果，选择控制程序，并将控制信号反馈给焊接控制系统，从而控制焊接操作，并记录电参数及判定结果。

如图1所示，通用devicenet 1(Devicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN(Controller Area Network)技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。Devicenet现已成为国际标准IEC62026-3《低压开关设备和控制设备控制器设备接口》，并已被列为欧洲标准，也是实际上的亚洲和美洲的设备网标准。2002年10月DeviceNet被批准为中国国家标准GB/T18858.3-2002，并于2003.4.1起实施。)与焊接电源16的电源控制端口15电连接，输出端与机器人控制柜4电连接，并通过机器人示教器3来进行机器人8和焊接电源16的通讯及控制。电流传感器2与焊接电源负极18电连接，电压传感器5与焊接电源负极18相串联，并与焊接操作平台6电连接，保护气瓶13接气流量传感器14后与焊接电源控制端口15相电连接。电流传感器2、电压传感器5、气流量传感器14，三路传感器能够实时对电流、电压、气流量三种电参数进行采集，在本实施例中，采样频率为200—500点/秒。

焊接电源正极17与焊枪9电连接，并与焊接操作平台6、焊接电源16形成焊接回路。焊枪9安装在机器人8的末端执行器上，在焊接操作平台6上进行焊接操作，机器人8安装在机器人支座7上保证机器人8的可达性。

通用devicenet1与智能控制器11相连，通用devicenet1进行电参数的设置，并将采集来的电流、电压、气流量参数录入智能控制器11，并可在控制界面10中显示，通过智能控制器11保存并分析。智能控制器11内置控制软件，分析并评估收集到的电参数，判断采集到的数据与标准值是否匹配，在本实施例中，采集电流、电压及气流量的波形值，并与预定值进行匹配分析、评估，判定匹配度，根据预设控制程序及不匹配度确定后续操作，确定焊接是否继续。若波形匹配或不匹配度在标准值的±10％范围内，则焊接继续；若不匹配，且不匹配度超出黄色预警值(设定值的±10％)，通过报警装置12进行黄色预警，说明此时有可能存在焊接缺陷，但缺陷不足以影响焊接质量，焊接缺陷在允许范围内，记录数据及当前事件情况，焊接继续；如不匹配度超出红色预警值(高于设定值+20％或低于设定值-18％)，通过报警装置12进行红色预警，说明此时必须存在严重缺陷，此时调用在智能控制器11中已建立的缺陷数据库中的相关信息，并对实时的电流、电压、气流量参数变化曲线进和智能识别，在智能控制器11中进行分析，获得当前缺陷的预测及评估，记录当前事件。根据匹配情况，选择智能控制系统中预设的程序，执行相应的后续操作。电参数的采集及与标准值的匹配步骤实时持续进行，贯穿整个焊接过程，出现红色报警，焊接暂停，当问题解决后，焊接继续，重复循环电参数的采集及与标准值匹配步骤。

如图1所示，在本实施例中，焊接操作系统包括焊接操作平台6、机器人底座7、机器人8及焊接枪9；焊接控制系统包括机器人示教器3、机器人控制柜4、电流传感器2、电压传感器5、气流量传感器14及保护气瓶13；智能控制系统包括通用devicenet1、智能控制器11、控制界面10及报警装置12，在实际应用中，可以根据需要增加或减少部分部件，或将多个部件整合形成一个部件，如将焊接操作平台6、机器人底座7、机器人8整合成一个固定结构，将通用devicenet 1、智能控制器11及控制界面10整合成在一个智能型计算机上，各种组合方式，在此不做约束。在本发明中，报警装置12可进行双色报警，实时电参数与标准值的匹配情况分为三种，在实际应用中，可以根据对焊接质量的要求标准不同而设定不同的匹配情况分布以及不同的报警措施。在本实施例中，同时采集电流、电压、气流量三种实时的电参数波形值进行与标准值的对比分析，在实际应用中，可以实时采集其中的一种或几种电参数值与标准值进行对比分析，采集或其他任何可对焊接缺陷做判断依据的电参数以及设定相应的标准值，采集到的电参数也不限于波形，以任何适用的、可进行比较分析的数据形式均可，不做限制。

本发明同时还提供了一种利用实时的焊接缺陷在线监测装置进行实时监测的方法，包括以下步骤：

S1，在智能控制系统中设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库。

在长期的焊接操作中，收集整理各类焊接缺陷，形成缺陷数据库，并不断更新，补充新的数据。可以根据在实际应用中的惯常手段，选择需要采集的不同电参数标准值，将标准值和缺陷数据库提前输入智能控制系统中待用，在本发明中，由通用devicenet 1进行电参数的标准值设置。

S2，在焊接过程中，将采集来的相应电参数实时传输给智能控制系统，并进行保存。

在本实施例中，需要采集的电参数包括但不限于电压、电流、气流量，在实际应用中，可根据需要采集需要的电参数值，可采集其中的一种或任意两种或是全部，或是确定需要采集的其他可用于判断焊接缺陷的电参数。

S3，智能控制系统对采集来的电参数与标准值进行对比、分析、评铺估及判定，根据判定结果，选择相应的控制程序，控制焊接操作。

智能控制系统中预设控制程序，不同的判定结果，对应不同的控制程序，向焊接控制系统反馈控制信号，由焊接控制系统控制焊接操作过程。因此：

S31，当采集到的实时电参数与标准值相匹配时，焊接继续；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，进行报警，并根据预设程序及不匹配度确定焊接是否继续。

由于焊接过程一般都会存在一定的偏差，不会百分百的完全匹配，因此，当采集到的电参数与标准值对比时，虽然存在不匹配度，但不匹配度在标准值的±10％范围内时，视为焊接操作符合规定要求，不存在焊接缺陷，因此，智能控制系统发出控制信号，由焊接控制系统控制焊接继续。

当不匹配度超出标准值的±10％范围时，一般认为焊接存在缺陷，但在实际应用中，根据实际经验，依焊接缺陷的严重程度，确定焊接是否继续，因此，当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度在高于标准值的10％至20％、或低于-10％至-18％范围内时，通过报警装置报警，智能控制系统记录数据，并反馈控制信号继续焊接操作；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度超出标准值的20％或低于-18％时，调用缺陷数据库，对实时的电参数变化曲线进行智能实别，在智能控制系统中进行分析，获得当前焊接缺陷的预测及评估，记录当前事件，通过报警装置报警，并停止焊接。

需要指出的是，本发明提供的监测方法和监测装置，不仅适用于铝合金件的焊接过程，而且同样可广泛适用于其他类型的焊接过程。

综上所述，本发明提供的一种实时的焊接缺陷在线监测方法及装置，结合装置和方法，能够对焊接参数进行在线的实时监控。并将监控数据进行保存。同时通过设定的电参数标准值及通过超出标准值不匹配度与缺陷数据库的数据进行对比可评判焊缝质量。本发明可以快速有效的对自动焊接的参数进行监控，评判并提高自动焊接的质量。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种实时的焊接缺陷在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，在智能控制系统中设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库；

S2，在焊接过程中，将采集来的相应电参数实时传输给智能控制系统，并进行保存；

所述电参数包括通过与焊接电源负极电连接的电流传感器和/或电压传感器分别获取的焊接电源的电流参数和/或电压参数，以及气流量传感器获取的焊接用气流量参数；

S3，智能控制系统对采集来的电参数与标准值进行对比、分析、评估及判定，当采集到的实时电参数与标准值相匹配或是不匹配度在标准值的±10％范围内时，焊接继续；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度在标准值的10％至20％、或-10％至-18％范围内时，通过报警装置报警，智能控制系统记录数据，并继续焊接；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度超出标准值的20％或低于-18％时，调用缺陷数据库，对实时的电参数变化曲线进行智能识别，在智能控制系统中进行分析，获得当前焊接缺陷的预测及评估，记录当前事件，通过报警装置报警，并停止焊接。

2.一种实时的焊接缺陷在线监测装置，其特征在于：包括通过焊接电源相互连接的焊接操作系统、焊接控制系统及智能控制系统，其中，

焊接操作系统，在焊接控制系统的控制下，进行焊接操作，包括与焊接电源正极连接且安装在机器人末端的焊枪、焊接电源正极与焊枪电连接，机器人安装在机器人支座上在焊接操作平台上进行焊接操作；

焊接控制系统，包括与焊接电源负极电连接且与电压传感器串联的电流传感器、与保护气瓶、电源控制端口分别连接的气流量传感器，分别采集焊接操作系统过程中的相应电参数并传输给智能控制系统，根据智能控制系统反馈的信号控制焊接操作系统是否进行焊接操作，

智能控制系统，设置一项或多项电参数的标准值，建立缺陷数据库，对焊接控制系统采集并传输来的电参数与标准值进行对比、分析、评估及判定，根据判定结果，选择控制程序，并将控制信号反馈给焊接控制系统，从而控制焊接操作，并记录电参数及判定结果，当采集到的实时电参数与标准值相匹配或是不匹配度在标准值的±10％范围内时，焊接继续；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度在标准值的10％至20％、或-10％至-18％范围内时，通过报警装置报警，智能控制系统记录数据，并继续焊接；当采集到的实时电参数与标准值不匹配，不匹配度超出标准值的20％或低于-18％时，调用缺陷数据库，对实时的电参数变化曲线进行智能识别，在智能控制系统中进行分析，获得当前焊接缺陷的预测及评估，记录当前事件，通过报警装置报警，并停止焊接。

3.如权利要求2所述的一种实时的焊接缺陷在线监测装置，其特征在于：所述智能控制系统包括通用devicenet和智能控制器，所述通用devicenet进行电参数的设置，与所述焊接电源的电源控制端口相连，并将采集的电参数录入所述智能控制器保存并分析。

4.如权利要求3所述的一种实时的焊接缺陷在线监测装置，其特征在于：所述电参数的采样频率为200—500点/秒。

5.如权利要求3所述的一种实时的焊接缺陷在线监测装置，其特征在于：所述智能控制系统包括与所述机器人电连接且控制所述机器人焊接操作的机器人控制柜和与智能控制系统电连接的机器人示教器。