CN110091029A - 双焊炬智能焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双焊炬智能焊接系统，包括控制器、中控箱、焊接小车、送丝机A、送丝机B、焊接电源A和焊接电源B；其中，所述中控箱为整个焊接系统的控制中心，所述控制器与中控箱连接，作为人机交互界面；所述焊接小车上安装有焊枪A和焊枪B，且所述焊接小车与中控箱通信连接，能够对焊枪A和焊枪B的焊接动作进行自动控制；所述送丝机A分别与焊机电源A和焊接小车连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述送丝机B分别于焊机电源B和送丝机A连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述焊接电源A和焊接电源B用于提供焊接能量，对电弧特性进行封闭实时控制。本发明采用双丝双弧气体保护焊对管道的外环缝进行全自动焊接。

Description

双焊炬智能焊接系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及双焊炬智能焊接系统。

背景技术

目前，国内采用双丝双弧全自动焊接管道的设备只有中石油管道局有设计制造能力，焊接小车的驱动马达采用外露设计方式，防护能力不够全面，摆动定位机构采用直线滑轨定位，定位精度不够，会造成焊枪定位精度低，从而影响焊接质量，并且电源和送丝机采用国外的厂家配套，对于后期维护存在一定的障碍；

国外采用双丝双弧全自动焊接管道的设备只有CRC有全面推广，技术水平较高，产品相对较成熟，但这些产品都是早期开发的产品，智能化程度不高，无法保证焊接的高质量和高可靠性以及现场大数据管理的需求。而且存在采购成本高，后期服务成本高等弊端。

发明内容

为了解决现有焊接技术焊枪定位精度低导致焊接质量不高，成本高等技术问题，本发明提供了解决上述问题的双焊炬智能焊接系统。本发明主要针对长输管道焊接施工要求，采用双丝双弧气体保护焊对管道的外环缝进行全自动焊接，实现高效率高质量的焊接，同时集成了各类传感器及先进的电弧跟踪技术，实现了真正意义上的全自动焊接，大大提升了焊接质量。

本发明通过下述技术方案实现：

双焊炬智能焊接系统，该焊接系统包括控制器、中控箱、焊接小车、送丝机A、送丝机B、焊接电源A和焊接电源B；其中，所述中控箱为整个焊接系统的控制中心，所述控制器与中控箱连接，作为人机交互界面；所述焊接小车上安装有焊枪A和焊枪B，且所述焊接小车与中控箱通信连接，能够对焊枪A和焊枪B的焊接动作进行自动控制；所述送丝机A分别与焊机电源A和焊接小车连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述送丝机B分别于焊机电源B和送丝机A连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述焊接电源A和焊接电源B用于提供焊接能量，对电弧特性进行封闭实时控制。

优选的，所述焊接小车包括小车行走底盘、焊枪位置调节机构、控制单元B、焊枪夹紧机构A、焊枪夹紧机构B和测温传感器；通过小车行走底盘的三个导向轮将焊接小车固定在钢带式轨道上，压紧小车行走底盘，通过小车行走底盘的驱动轮与钢带式轨道的摩擦力带动整个焊接小车的行走；焊枪夹紧机构A和焊枪夹紧机构B分别用来夹紧焊枪A和焊枪B；所述焊枪位置调节机构用于实现焊接位置的调节；所述控制单元B实现与中控箱的通信，焊枪位置调节机构的控制以及测温传感器的数据采集；所述测温传感器用于测量焊接前工件的温度。

优选的，所述焊接小车包括两套焊枪位置调节机构，分别用于控制焊枪A和焊枪B的焊接位置；所述焊枪位置调节机构包括上下调节机构、左右调节机构和电机驱动；通过电机驱动来控制上下调节机构和左右调节机构中的电机的转速及旋转位置来控制焊枪的干伸和摆动的位置。

优选的，该焊接系统采用电源箱为中控箱供电；所述中控箱包括控制单元A、显示装置、输入装置和通信模块；所述控制单元A通过通信模块分别与控制器、焊接小车和送丝机A进行通信；所述输入装置用于参数设置；所述显示装置用于对焊接数据进行显示。

优选的，所述送丝机A和送丝机B的功能和结构一致，所述送丝机包括控制单元D、送丝机构、气阀和采集模块组；所述控制单元D控制所述送丝机的送丝机构为焊接送丝，控制所述送丝机的气阀为焊接送气；所述控制单元D通过采集模块组实现焊接数据采集，并将采集数据发送给中控箱；所述采集模块组包括电流采集模块、电压采集模块、保护气体流量采集模块、保护气体比例采集模块和焊丝量采集模块。

优选的，所述电压采集模块用于采集焊接电压数据；所述电流采集模块用于采集焊接电流；所述焊丝量采集模块采用编码器，所述编码器采集送丝电机的转速，计算得到焊丝余量，并将焊丝余量数据通过控制单元D发送给中控箱；所述保护气体流量采集模块采用流量传感器，实时采集当前保护气体通路上的流量；所述保护气体比例采集模块采用气体比例传感器，实时采集当前保护气体通路上的气体比例。

优选的，所述控制器包括控制单元C、输入装置、指示装置、扫码识别模块和显示装置；所述控制单元C与中控箱进行通信；所述显示装置与所述控制单元C连接，用于显示焊接数据以及报警信息；所述扫码模块用于对焊接编号和焊工编号进行扫码，同时能够对焊工进行人脸识别，并将扫码信息和识别信息传送给控制单元C；所述输入装置和指示装置均与所述控制单元C连接。

优选的，所述焊枪A和焊枪B均采用水冷焊枪，采用水冷的方式对焊枪枪头进行冷却。

优选的，其特征在于，该焊接系统中的控制单元均基于ARM实现，各控制单元之间均采用CAN总线通信模块实现通信。

优选的，其特征在于，该焊接系统采用电弧跟踪方法来控制焊枪的干伸和摆动的位置。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用双丝双弧气体保护焊对管道的外环缝进行全自动焊接；采用电弧跟踪方法实现焊接时双焊炬具有上下和左右双位置的适时跟踪功能，使焊接过程具有高度的智能化；可以进行焊接参数预置和实时调节精确控制；具有焊炬全位置角度识别方法和控制系统，焊接时根据实际焊接位置(角度)调用相应参数；

2、本发明建立了基于移动互联网的远程控制系统，可实现远程焊接参数监控、设备故障诊断；采用了嵌入式计算机技术，参数控制均由软件控制系统完成，实现了焊接电压、焊接电流、行走速度、送丝速度、保护气体控制等参数的精密控制；

3、本发明能够通过控制器实现焊前准备、焊接过程控制；且可采样焊接的位置、电流、电压、焊丝余量、保护气体等参数，并对焊接过程实现监控及报警等操作，形成工作日志，便于后期维护。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统架构图。

图2为本发明的系统原理框图。

图3为本发明的焊接小车功能模块示意图。

图4为本发明的焊接小车的整体结构示意图。

图5为本发明的小车行走底盘结构示意图。

图6为本发明的焊枪位置调节机构示意图。

图7为本发明的测温传感器结构示意图。

图8为本发明的中控箱功能模块示意图。

图9为本发明的中控箱以及电源箱结构示意图。

图10为本发明的送丝机功能模块示意图。

图11为本发明的送丝机结构示意图。

图12为本发明的控制器功能模块图。

图13为本发明的控制器结构示意图。

图14为本发明的冷却水箱结构示意图。

图15为本发明的系统控制原理框图。

图16为本发明的垂直电弧跟踪流程示意图。

图17为本发明的水平电弧跟踪流程示意图。

图18为本发明的焊接小车角度示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-焊接小车，2-中控电源箱，201-电源箱，202-中控箱，203-显示屏，204-组合天线，3-送丝机(A/B)，301-送丝机构，302-送丝按钮，303-焊丝复位按钮，304-送丝阻力器，305-焊丝盘，306-跟踪采集板，307-电源控制板，308-电源转接板，309-送丝电机，310-电流传感器，311-流量传感器、312-气体比例传感器，4-控制器，401-按键板、402-控制板、403-扫码模块，404-显示屏，405-硅胶按键，406-盒体，5-焊枪(A/B)，6-焊接电源，7-冷却水箱，701-蓄水箱，702-电机，703-水泵，704-风扇，705-冷凝器，706-流量开关，707-蜂鸣器，8-接地装置，9-小车行走底盘，901-支架Ⅰ，902-支架Ⅱ，903-行走机构，904-从动轮，905-驱动轮，906-夹紧手柄，907-管径调整块，10-焊枪位置调节机构，11-主控板，12-顶盖，13-焊枪夹紧机构A，14-左焊枪夹紧机构B，15-测温传感器，1501-红外温度传感器，1502-测温安装板，1503-线缆接头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例提出了双焊炬智能焊接系统，该焊接系统主要包括焊接小车1、中控电源箱2、2个送丝机3(送丝机A和送丝机B)、控制装置4、2个焊枪5(焊枪A和焊枪B)、2个焊接电源6(焊接电源A和焊接电源B)、冷却水箱7、接地装置8、保护气体供给系统以及配套的控制电缆等，如图1所示。其中，中控电源箱包括中控箱202和电源箱201，电源箱201为中控箱202供电。

本实施例中，中控箱202为整个焊接系统的控制中心，所述控制器4与中控箱202连接，作为人机交互界面；所述焊接小车1上安装有焊枪A和焊枪B，且所述焊接小车1与中控箱202通信连接，能够对焊枪A和焊枪B的焊接动作进行自动控制；所述送丝机A分别与焊机电源A和焊接小车连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述送丝机B分别于焊机电源B和送丝机A连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述焊接电源A和焊接电源B用于提供焊接能量，对电弧特性进行封闭实时控制，如图2所示。

本实施例中，中控箱202内部有整个系统的控制单元A，对系统各个模块进行通信，数据传输，逻辑判断等。控制器4作为主要的人机交互界面，包含按键，电位器，3.5寸液晶屏幕。所有的操作，调节，显示，报警信息都可以在控制器上进行展示，为操作者提供方便，为焊接提升效率。焊接小车1提供执行各个动作的电机平台，红外线温度采集平台，角度传感器采集平台。送丝机A，送丝机B提供送丝通路，气体通路，采集通路，结合焊接电源A，焊接电源B，提供焊接能量，实现合格的焊接效果。

本实施例中，双焊炬智能焊接系统的焊接小车1是整套系统的核心控制组件，所有焊接操作执行都在焊接小车1上完成。本实施例的焊接小车1主要实现对焊枪A和焊枪B的焊接控制以及数据采集等功能，如图3所示，焊接小车1包括控制板B，电机驱动，摆动电机A，摆动电机B，行走电机，干伸电机A，干伸电机B，主要作用是为焊接系统提供执行动作，包括行走，摆动，干伸等。也包含按键面板，可以操作整个焊接流程所需的动作。

控制板B作为焊接小车的MCU单元B，主要作用是和中控箱进行通信，数据传输和交互，红外线测温功能的实现，所有执行电机的动作等。

控制板B上有角度传感器，为系统提供实时的焊接小车角度的精确采集。

红外线测温模块安装在焊枪前部，控制板B可以实时采集坡口表面的温度，然后传输至中控箱进行处理。

本实施例还焊接小车1具体结构作了优化设计，如图4所示，焊接小车1主要由小车行走底盘9、焊枪位置调节机构10、主控板B11、顶盖12、焊枪夹紧机构A13、焊枪夹紧机构B14、测温传感器15、安装板及配套的控制线组成。

焊接小车的工作原理如下：先通过小车行走底盘9的三个导向轮将焊接小车固定在钢带式轨道上，再压紧小车行走底盘9，通过小车行走底盘9的驱动轮与钢带式轨道的摩擦力带动整个焊接小车的行走，从而达到精准控制焊接速度。焊枪夹紧机构A13和焊枪夹紧机构B14是用来夹紧水冷气保焊枪的枪柄，水冷气保焊枪的电缆部分由焊枪电缆固定机构来固定，在焊接过程中，焊接小车本体内部有两套焊枪位置调节机构10，每套焊枪位置控制机构主要有上下和左右两个方向的控制，采用步进电机与滚珠丝杆的配合，达到精准控制焊接位置的目的，主控板B11是焊接小车的主要控制中心，也是整个系统的“中央控制器”。测温传感器15主要是采用红外温度传感器，热传感器是利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器中一栏与温度的性能发生变化。测温传感器15主要是来测量焊接前工件的温度，以确保焊接的高质量。

通过小车行走底盘9和焊接小车本体内部的焊枪位置调节机构10的精密控制，可以保证整个焊接过程中电弧的稳定性及焊接的可靠性，本焊接小车采用双炬同时焊接，焊接效率高，封闭式结构简节稳定，操作简单，功能多样，不受到管道直径限制，能高质量高效率的完成管道的焊接工作。

本实施例还对小车行走底盘作了进一步优化设计，如图5所示，小车行走底盘9主要由支架Ⅰ901，支架Ⅱ902，行走机构903，从动轮904，驱动轮905、夹紧手柄906、管径调整块907及其他安装板组成。

小车行走底盘9的工作原理如下：先选择与管径相符的管径调整块907规格，装置安装固定好后，调节夹紧手柄906的位置，通过偏心机构将三个从动轮904固定在钢带式轨道上，再通过夹紧手柄906压紧行走机构903，通过驱动轮905与钢带式轨道的摩擦力带动整个焊接小车的行走，从而达到精准控制行走速度。

通过本实施例设置的小车行走底盘9的结构，通过调节管径调整块907的不同规格，可以适应不同管径的行走驱动，利用-从动轮904的导向作用和驱动轮905的摩擦行走功能，通过控制行走机构903中的驱动马达，可以达到精准控制行走方向和行走速度的功能，通过本装置可以实现小车行走稳定性及可靠性，本装置结构简节稳定，操作简单，功能多样，不受到管道直径限制，能高质量高效率的完成管道的相关工作。

本实施例还对焊枪位置调节机构作了进一步优化设计，如图6所示，焊枪位置调节机构10主要由焊枪上下调节机构101、焊炬左右调节机构102和电机驱动103组成，主要是控制焊枪上下和左右位置运动。其中焊枪上下调节机构101由步进电机、滚珠丝杆、滚珠花键及安装板构成，主要通过电机驱动，来调节焊炬上下运动，来调节干伸长度。焊炬左右调节机构102也是由步进电机、滚珠丝杆、滚珠花键及安装板构成，主要通过电机驱动，来调节焊炬左右运动，来调节焊炬在坡口内的位置。焊接过程中，通过电弧跟踪技术平台及-电机驱动103来精准控制电机的转速及旋转位置来控制焊枪的干伸和摆动的位置，可实现高质量的焊接工作。

本实施例还对测温传感器15作了进一步优化设计，如图7所示，测温传感器15主要由红外温度传感器1501，测温安装板1502及线缆接头1503组成。

测温传感器15主要是采用红外温度传感器，热传感器是利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器中一栏与温度的性能发生变化。测温传感器15主要是来测量焊接前工件的温度，以确保焊接的高质量。

本实施例的中控箱主要实现对整个焊接系统各个模块进行集中控制，如图8所示，中控箱202包括一个7寸液晶屏幕，液晶驱动，一个编码器，四个按键，控制板A。主要作用是对整个双焊炬智能焊接系统进行软件控制和编程，实现系统的有效运作。

控制板A作为中控箱的MCU单元A，主要作用是和控制器，焊接小车，送丝机A，送丝机B进行通信，数据传输和交互。中控箱包含WIFI模块，4G数据传输模块。对系统的数据进行传输，至服务器存储。

控制板A在软件控制算法上，将所有的操作按键，错误信息，报警信息，电流，电压，行走速度，送丝速度，角度值，时间，焊道名等信息存储为日志文件，方便工程师和设备维护人员进行分析和管理。

7寸液晶屏幕作为人机交互界面，对焊接数据进行显示，使用编码器和按键对设备固有参数进行设置。

显示内容包括电流A，电流B，电压A，电压B，行走速度，送丝速度A，送丝速度B，焊道名，角度值等。

本实施例还对中控箱202及其电源箱201的结构作了优化设计，如图9所示，中控箱202主要由显示屏203、组合天线204、其他安装板及连接器组成；电源箱201有一个36V开关电源，主要作用是为整个控制系统提供稳定的控制电源。中控箱202内有主控板和数据传输控制板，是整个控制系统的“中央控制器”，所有数据都需经过主控板处理执行。数据传输控制板和组合天线204主要用于焊接过程中的相关数据存储及远程传输，通过组合天线204与施工现场的互联网连接，各设备之间组成一个局域网，通过网络将数据实时传输到公司的服务器，并实时显示现场的情况以及焊接的相关数据。管理人员通过登录客户端，可以查看现场的施工情况。显示屏203主要是显示相关的焊接及调试的参数。

本实施例的送丝机主要用于对焊接进行送丝、送气以及实现数据采集等功能，如图10所示。送丝机3主要包括控制板D、送丝机构、气阀和采集模块组。送丝机A和送丝机B功能和结构一致，控制程序不一致，送丝机A控制的焊炬称为前枪，送丝机B控制的焊炬称为后枪。

控制板D作为送丝机的MCU单元D，主要作用是和中控箱、焊接电源进行通信，数据传输和交互，送丝送气的控制，数据采集的实现，气体流量采集，气体比例采集，焊丝量采集的实现。采集模块组包括电流采集模块、电压采集模块、保护气体流量采集模块、保护气体比例采集模块和焊丝量采集模块。具体的，

送丝机A包含控制板D，送丝机构A，气阀A，电流采集模块A，电压采集模块A，保护气体流量采集模块A，保护气体比例采集模块A，焊丝量采集模块A。送丝机A的作用是连接焊接电源A和焊接小车，对焊接进行送丝，送气，电流采集，电压采集等功能。焊接电源A主要是提供焊接能量，对电弧特性进行闭环实时控制。

送丝机B包含控制板D，送丝机构B，气阀B，电流采集模块B，电压采集模块B，保护气体流量采集模块B，保护气体比例采集模块B，焊丝量采集模块B。送丝机B的作用是连接焊接电源B和送丝机A，对焊接进行送丝，送气，电流采集，电压采集等功能。焊接电源B主要是提供焊接能量，对电弧特性进行闭环实时控制。

焊丝量采集模块采集送丝电机的转速来确定焊丝的剩余量，当送丝机内焊丝到达剩余量阈值，则在中控箱7寸屏幕和控制器3.5寸屏幕上进行报警信息提示。防止焊接过程中因缺焊丝导致的焊接不良。

保护气体流量采集模块采用流量检测传感器，实时采集当前保护气体通路上的流量，当低于流量阈值时，进行报警提示。

保护气体比例采集模块采用气体比例检测传感器，实时采集当前保护气体通路上的气体比例，当低于比例阈值时，进行报警提示。

本实施例还对送丝机3的具体结构作了优化设计，如图11所示。送丝机3主要由送丝机构301，送丝按钮302、焊丝复位按钮303、送丝阻力器304、焊丝盘305、跟踪采集板306、电源控制板307、电源转接板308、送丝电机309、电流传感器310、流量传感器311、气体比例传感器312、其他安装板及连接器组成。

本实施例送丝机的工作原理：当需要焊接时，先将焊丝盘305安装在送丝阻力器304上，固定完成后，需要按一下焊丝复位按钮303，再使用送丝按钮302将焊丝穿过送丝机构301的送丝轮，并穿过焊枪直至导电嘴，每次更换焊丝盘时需要执行这个动作。当启动焊接后，送丝机构301和送丝电机309进行送丝动作，同时主控制板306会通过送丝电机的编码器来采集送丝电机的转速，这样经过程序来计算焊丝的用量，从而能够确定焊丝盘的焊丝剩余量，并且在控制显示屏实时显示出剩余量的大小，当剩余量达到设置的最小值时，系统会在控制显示屏报警，提醒焊工需要更换焊丝。

在焊接过程中，流量传感器311会实时检测焊接保护气的流量，同时气体比例传感器312会检测焊接保护混合气中CO2的比例，通过主控制板306的程序处理后在控制显示屏实时显示保护气的流量和混合气中CO2的比例的大小，当保护气的流量和混合气中CO2的比例达到设置的最小值时，系统会在控制显示屏报警，同时控制系统会停止送丝，以确保焊接的质量，避免返工。

本实施例的控制器4主要提供人机交互结构，实现对焊接的参数设置、数据的采集以及焊接过程的控制等功能，如图12所示，该控制器包括6个LED指示灯，14个按键，1个电位器，扫码模块，控制板C，3.5寸液晶显示屏。本实施例的控制器4可采用有线控制装置或遥控装置等。

控制板C作为控制器的MCU单元C，主要作用是和中控箱进行通信，数据传输和交互，扫码功能的实现，3.5寸液晶屏幕的驱动和显示等。

LED指示灯分别为COM(通信指示灯)，LEAD(前枪指示灯)，BOTH(双枪指示灯)，

TRAIL(后枪指示灯)，LEADTRACK(前枪跟踪指示灯)，TRAILTRACK(后枪跟踪指示灯)。

按键分别为CYCLE/ARC(启动)，STOP/ALT(停止)，TVL/INC(行走/摆宽增加)，WIRE/DEC(送丝/摆宽减小)，OSC(摆动)，UP(上)，DOWN(下)，LEFT(左)，RIGHT(右)，SELECTHEAD(焊枪选择)，WELDPASS(焊道切换)，GAS/CONT(气阀/建空载)，LEAD(前枪临时选择)，TRAIL(后枪临时选择)。TRAVELSPEEDPOT(行走电位器)根据用户设置而不同，可以调节送丝速度，也可以调节行走速度。

控制器集成了扫码模块，可以手持控制器进行二维码扫描，包括焊工的特征二维码和焊口的特征二维码。

3.5寸液晶显示屏上有电流A、电压A、送丝速度A，电流B、电压B、送丝速度B，行走速度，角度值，焊道名以及报警信息。

本实施例还对控制器4的具体结构作了进一步优化设计，如图13所示，控制器4主要由按键板401、控制板402、扫码模块403、显示屏404、硅胶按键405、盒体406及连接器组成；如果是遥控装置则需要内置无线接收模块。

控制器4是对整个系统进行操作控制，同时集成了扫码及人脸识别功能，通过扫码抢扫描焊口编号和焊工编号，同时也可以对焊工进行人脸识别，将识别的焊口编号和焊工编号，焊接参数等数据通过传输协议传输到中央处理模块，中央处理模块对数据进行处理与分析，存取日志。

本实施例的焊枪A和焊枪B均采用水冷焊枪，水冷焊枪主要是用于工件的焊接，是采用水冷的方式对枪头进行冷却，以降低焊接过程中导电嘴的温度，气管是保护气通路，水冷电缆用于通过最大值500A的电流，同时内部有冷却水通过，对电缆进行冷却，水管是水路的回水通路，与水冷电缆形成一进一出的水路，尾部接头是用于与送丝机连接。

本实施例通过冷却水箱7实现对焊枪的冷却，如图14所示，冷却水箱7主要由蓄水箱701，电机702、水泵703、风扇704、冷凝器705、流量开关706、蜂鸣器707、其他安装板及连接器组成。

蓄水箱701主要存储水或者防冻液，体积为15L，当启动电源工作时，电机702会带动水泵703进行转动，水泵703是自吸式水泵，启动后会将蓄水箱701中的水或者防冻液抽出来，经出水管至水冷焊枪5，对焊接过程中的焊枪进行冷却，再经过回水管进入冷凝器705，经风扇704的冷却将升温后的水或者防冻液温度降下来，再回到蓄水箱701，经过这样反复工作流程达到对焊枪的冷却保护。另外在水路中加了一个流量开关706，用来实时检测工作状态时水或者防冻液的流量，当检测到流量降至最低要求的流量值时，流量开关706会启动电磁开关，同时蜂鸣器707会发出报警声，提醒用户应该进行检查维护。

本实施例的焊接电源A和焊接电源B均采用本申请人自行设计研制的全数字化自动焊电源DPS-500。

上述双焊炬智能焊接系统的具体工作过程如下：焊接施工时，焊接小车需由左右机配套组成。工作首先由“参数设置系统”开始，设置相应的焊接控制参数，将设置好的参数下载到“中央控制器”，设备将按照参数设定开始工作。焊接操作可通过遥控器4或无线遥控对焊接小车进行操作。保护气体供给系统由气瓶、流量计和气管组成。焊接控制系统由硬件控制系统和软件控制系统组成，主要实现了跟踪检测、参数设置、CANOPEN通信协议、远程诊断等功能。跟踪检测采用了先进的检测方式，可兼容多种品牌焊接电源的跟踪检测。软件系统采用Linux系统和CAN总线通讯方式，实现了焊接参数预置和实时调节精确控制，实现了焊接参数平滑过渡，提高了焊接过程的稳定性及焊接质量。利用现代通讯技术，实现了设备在线过程诊断及功能升级。

在整个系统的工作交互中，电气通信方式采用CAN总线，分为2条总线，总共13个节点。第一条包含8个节点，分别为中控制板、行走电机驱动板、2个摆动电机驱动板、2个干伸电机驱动板、机头板和遥控板；第二条总线包含5个节点，分别为中控制板、2个跟踪控制板和2个电源接口板，如图15所示。本实施例的焊接系统以ARM处理器为核心，采用Linux操作系统为平台，开发双焊炬外焊智能控制系统。集中控制系统是由CAN总线通信实现控制多个被控部件。

本实施例的焊接系统能够实现如下功能控制：

(1)焊接循环：开始焊接前，使用控制器使焊枪在坡口上方对中，并使机头行走到管道上的选定区域。建议：按“GAS/CONT”按钮测试保护气体。

降低焊枪到正确的工作距离。

后枪的工作距离将设置得稍微高于前枪。前枪将留下一层熔敷层，后枪将在这层熔敷层上施焊，因此应相应地调整后枪工作距离。

(2)焊接循环中的控制：当机头就位后，按下CYCLE/ARC按钮开始焊接。机头将沿着管道行进，保护气开始流动。前枪首先打火，按下“LEAD”按钮，然后当焊枪就位后再次按下“CYCLE/ARC”按钮。前枪开始通电，开始摆动并送丝。一旦焊丝接触到坡口就开始焊接了。

如果跟踪功能启用，焊枪就会自动跟随坡口。

如果需要垂直调整，按下“UP”或“DOWN”按钮就能根据在焊接参数中设定的增量调节垂直焊枪高度。

选择“UP”按钮能增加垂直焊枪高度，当按下“DOWN”按钮将减少垂直焊枪高度。

焊枪的工作距离越大，垂直目标电压越大。

焊枪的工作距离就越小，垂直目标电压越低。

如果需要水平调整，在焊枪倾向于坡口的一边时焊缝横向偏移将调整跟踪对中。

为了使用焊缝横向偏移调整工作，你必须焊接前启用跟踪功能。

若要使焊枪移离坡口的左边，应在控制器上按“RIGHT”按钮。

若要使焊枪移离坡口的右边，应在控制器上按“LEFT”按钮。

每次按下“LEFT或“RIGHT”按钮时，焊缝横向偏移功能将移动一个预先设定的增量，使焊枪进一步从相反方向的坡口边离开。

焊缝横向偏移的增量值在焊接参数中设置。

如果没有启用跟踪，使用控制器将焊枪定位到正确的工作位置并将电弧在坡口中对中。

如果你需要调整摆宽，选择要修改的焊枪，按“TVL/INC”按钮增加摆动宽度，或按“WIRE/DEC”按钮减少摆动宽度。

如果“自动启动或停止”功能启用，当前枪起弧后，后枪会自动起弧。

如果“自动启动或停止”功能没启用，当前枪就位后，你能通过按“CYCLE/ARC”钮让其手动打火。在再次按下“CYCLE/ARC”之前不用按“TRAIL”按钮。

如果跟踪功能被开启，后枪将自动跟随坡口。

如果跟踪没有开启，操作者将用控制器手动操作焊枪。

保持两个电弧可见，必要时进行调整。

记住，当调整任何单枪的时候，先选择前枪或者后枪，然后做希望的修正。

如果两只枪都需要移动，就不用选择前枪或后枪。

左右上下按钮将控制双枪按需要方向移动。

随着跟踪功能被开启，机头将引导焊枪沿着坡口行进。

如果你正在做最后一道填充或者盖面，当机头正在焊接的时候需使用“TRAVELSPEEDPOT”电位器来调整速度。

当双枪的LED灯亮着的时候如果在没有选择前枪或者后枪的情况下两次按下“CYCLE/ARC”按钮,那么两个焊枪会同时点火。

(3)焊接循环快速回顾：以下为焊接循环快速浏览过程，用跟踪和自动启动和停止功能使用双焊枪。

当焊枪就位后，按“CYCLE/ARC”按钮。

按下“LEAD”前枪临时选择，前枪再次按下“CYCLE/ARC”按钮进行起弧。

如果在按下“CYCLE/ARC”按钮之前你没有选择“LEAD”，那么两个焊枪都将起弧。

机头将引导焊枪沿着坡口行进。

如果按“UPorDOWN”按钮来调整垂直焊枪高度。如果需要调整水平距离，按下“LEFTorRIGHT”来做焊缝横向偏移调整。

如果摆幅太宽或者太窄，选择合适的焊枪，按“TVL/INC”来增加摆幅或按“WIRE/DEC”来减少摆幅。

当后枪到达预设的“AUTOSTART/STOP”距离的时候，它将自动地起弧。

如果你需要在预设距离之前启动后枪，再次按下“CYCLE/ARC”按钮。

应用中央处理器模块将引导两把枪沿着坡口行进。

当前枪到达底部连接部位时，按下“LEAD”按钮去控制前枪，然后按下“STOP”按钮。前枪将熄灭，机头将继续向前行进，后枪会继续不间断地焊接。

当后枪到达程序设定的自动停止的距离时它会自动停止，或在任何时候按下“STOP”按钮来停止焊接。

如果在按“STOP/ALT”按钮之前没有选择“LEAD”，那么两只焊枪将熄灭。

(4)无跟踪的焊接循环快速回顾：以下是双枪在没有跟踪或者自动启动/停止启用的情况下焊接过程的快速回顾。

当机头就位后，按下“CYCLE/ARC”按钮。下一步，按下“LEAD”,然后再次按“CYCLE/ARC”。主焊枪开始点火。

在你按“CYCLE/ARC”按钮之前如果没有按“LEAD”按钮，那么两只枪都会点火。

使用左右上下按钮让前枪处于希望的位置。

当后枪到位时，再次按“CYCLE/ARC”按钮，后枪将引弧。

再次使用“Left”、“Right”、“Up”和“Down”按钮使后枪正确定位。

记住当你这样做的时候，一直按住“TRAIL”按钮，否则的话前枪也会移动。

在整个焊接周期过程中，需要一直查看，按需要做相应的调整。

如果太宽或太窄的话请调整你的摆幅。记住首先选择你想校正的焊枪，然后按下“TVL/INC”按钮来增加摆幅宽度或按下“WIRE/DEC”按钮来降低摆幅宽度。

如果你正在进行最后一道填充或盖面，请使用“TRAVELSPEEDPOT”电位器来调节你的速度。

当前枪到达接合处时，按下“LEAD”按钮，当它到达时，按下“STOP/ALT”按钮。前枪将熄灭。后枪将继续焊接并且机头将保持行进。

如果在你按“STOP/ALT”按钮之前没有按“LEAD”按钮，那么两只枪都会熄灭。

当后枪到达接头处，按下“STOP/ALT”按钮。后枪将熄灭，机头将停止移动。

(5)垂直电弧跟踪：当焊枪垂直电弧跟踪开启时，则进入垂直电弧跟踪算法的流程中。通过送丝机内的电流采集，电压采集，将采集的值传输回控制板D，进行第一次程序算法初步分析，然后将初步值X1传输至中控箱的控制板A，进行第二次程序算法分析，得出高度偏差量X2。然后将高度偏差量X2传输至焊接小车的控制板B，控制板B接收到高度偏差量X2，让执行机构干伸电机执行偏差量X2调整，如图16所示。

(6)水平电弧跟踪：当焊枪水平电弧跟踪开启时，则进入水平电弧跟踪算法的流程中。通过送丝机内的电流采集，电压采集，将采集的值传输回控制板D，进行第一次程序算法初步分析，然后将初步值Y1传输至中控箱的控制板A，进行第二次程序算法分析，得出水平偏差量Y2。然后将水平偏差量Y2传输至焊接小车的控制板B，控制板B接收到水平偏差量Y2，让执行机构摆动电机执行偏差量Y2调整，如图17所示。

(7)焊炬全位置角度识别：在焊接小车上有角度传感器模块，实现了实时采集当前焊接小车的角度，并回传给中控箱的控制板A进行程序控制。焊接时，根据实际焊接位置调用相应的参数。

在实际的管道焊接过程中，采用焊接小车在圆弧形轨道上行走，焊炬夹持在焊接小车上，即存在左焊接小车、左焊炬，右焊接小车、右焊炬，右焊炬采用顺时针向下焊，焊接小车从平焊PA位附近开始往下焊接，至平角焊PB位，至立焊PC位，至仰角焊PD位，再至仰焊PE位，实现半圆弧焊接；左焊炬采用逆时针向下焊接，则与右焊炬焊接位置轴对称，从而实现整个管道的全位置焊接，如图18所示。

(8)焊接参数预置和实时精确控制：焊接参数在电脑端软件上进行编辑，包括和角度有关的参数，设备的固有参数，层参数等。通过一根数据线连接至中控箱传输口，将焊接参数数据包发送至设备控制板MCU单元内，在焊接过程中，采用软件控制算法，对该数据包进行实时解析和调用，达到全位置角度不同，调用的焊接参数也不同的目的，实现实时精确控制焊接参数，让焊接效果更佳完美。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双焊炬智能焊接系统，其特征在于，该焊接系统包括控制器、中控箱、焊接小车、送丝机A、送丝机B、焊接电源A和焊接电源B；其中，所述中控箱为整个焊接系统的控制中心，所述控制器与中控箱连接，作为人机交互界面；所述焊接小车上安装有焊枪A和焊枪B，且所述焊接小车与中控箱通信连接，能够对焊枪A和焊枪B的焊接动作进行自动控制；所述送丝机A分别与焊机电源A和焊接小车连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述送丝机B分别于焊机电源B和送丝机A连接，用于对焊接进行送丝、送气和数据采集；所述焊接电源A和焊接电源B用于提供焊接能量，对电弧特性进行封闭实时控制。

2.根据权利要求1所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述焊接小车包括小车行走底盘、焊枪位置调节机构、控制单元B、焊枪夹紧机构A、焊枪夹紧机构B和测温传感器；通过小车行走底盘的三个导向轮将焊接小车固定在钢带式轨道上，压紧小车行走底盘，通过小车行走底盘的驱动轮与钢带式轨道的摩擦力带动整个焊接小车的行走；焊枪夹紧机构A和焊枪夹紧机构B分别用来夹紧焊枪A和焊枪B；所述焊枪位置调节机构用于实现焊接位置的调节；所述控制单元B实现与中控箱的通信，焊枪位置调节机构的控制以及测温传感器的数据采集；所述测温传感器用于测量焊接前工件的温度。

3.根据权利要求2所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述焊接小车包括两套焊枪位置调节机构，分别用于控制焊枪A和焊枪B的焊接位置；所述焊枪位置调节机构包括上下调节机构、左右调节机构和电机驱动；通过电机驱动来控制上下调节机构和左右调节机构中的电机的转速及旋转位置来控制焊枪的干伸和摆动的位置。

4.根据权利要求1所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，该焊接系统采用电源箱为中控箱供电；所述中控箱包括控制单元A、显示装置、输入装置和通信模块；所述控制单元A通过通信模块分别与控制器、焊接小车和送丝机A进行通信；所述输入装置用于参数设置；所述显示装置用于对焊接数据进行显示。

5.根据权利要求1-4任一项所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述送丝机A和送丝机B的功能和结构一致，所述送丝机包括控制单元D、送丝机构、气阀和采集模块组；所述控制单元D控制所述送丝机的送丝机构为焊接送丝，控制所述送丝机的气阀为焊接送气；所述控制单元D通过采集模块组实现焊接数据采集，并将采集数据发送给中控箱；所述采集模块组包括电流采集模块、电压采集模块、保护气体流量采集模块、保护气体比例采集模块和焊丝量采集模块。

6.根据权利要求5所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述电压采集模块用于采集焊接电压数据；所述电流采集模块用于采集焊接电流；所述焊丝量采集模块采用编码器，所述编码器采集送丝电机的转速，计算得到焊丝余量，并将焊丝余量数据通过控制单元D发送给中控箱；所述保护气体流量采集模块采用流量传感器，实时采集当前保护气体通路上的流量；所述保护气体比例采集模块采用气体比例传感器，实时采集当前保护气体通路上的气体比例。

7.根据权利要求5所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述控制器包括控制单元C、输入装置、指示装置、扫码识别模块和显示装置；所述控制单元C与中控箱进行通信；所述显示装置与所述控制单元C连接，用于显示焊接数据以及报警信息；所述扫码模块用于对焊接编号和焊工编号进行扫码，同时能够对焊工进行人脸识别，并将扫码信息和识别信息传送给控制单元C；所述输入装置和指示装置均与所述控制单元C连接。

8.根据权利要求5所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，所述焊枪A和焊枪B均采用水冷焊枪，采用水冷的方式对焊枪枪头进行冷却。

9.根据权利要求7所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，该焊接系统中的控制单元均基于ARM实现，各控制单元之间均采用CAN总线通信模块实现通信。

10.根据权利要求5所述的双焊炬智能焊接系统，其特征在于，该焊接系统采用电弧跟踪方法来控制焊枪的干伸和摆动的位置。