CN113500294A - 一种智能激光焊接系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及连续生产线激光焊接技术领域，尤其涉及一种智能激光焊接系统以及方法；该系统包括通过工业网络连接进行数据交互的激光焊机、焊缝视觉检测系统及智能焊接控制系统，焊缝视觉检测系统包括视觉传感器组、控制器和焊缝质量检测系统，视觉传感器组用于采集焊接处焊接前及焊接后的数据，并通过控制器传输给焊缝质量检测系统，焊缝质量检测系统用于检查焊缝是否合格并将数据传输给智能焊接控制系统，智能焊接控制系统用于调节以及优化激光焊接的焊接工艺参数。本发明提供的焊接系统能快速精确地检测焊缝质量并根据焊缝缺陷智能优化焊接工艺参数，提高激光焊机的智能化水平，保证生产线能够稳定、安全并连续运行。
Description
技术领域
本发明涉及连续生产线激光焊接技术领域，尤其涉及一种智能激光焊接系统以及方法。
背景技术
激光焊机是钢铁冷轧连续生产线的重要设备，用于对工件进行焊接，尤其在板带生产中，常用到激光焊机，用于将前后两钢卷的尾部及头部焊接起来，实现带钢的连续生产。激光焊机在运行过程中设备功能精度、原材料的缺陷以及焊接工艺参数等因素都可能导致焊接缺陷的产生，甚至会引起焊缝断裂，导致生产中断。
目前钢铁行业激光焊缝质量检查与放行有两种方法：一种是人工检查焊缝质量并根据焊接缺陷调节焊接参数，由于人工对焊缝质量的判定标准具有不唯一性，且操作工水平参差不齐，极易导致焊接工艺参数调节失误，一旦不良焊缝进入下一工序，将会导致焊缝处断裂等生产事故发生；另一种是采用焊缝质量检查设备检查焊缝，告知操作者焊缝是否合格，不合格焊缝还是需要人工判断缺陷类型并手动调节焊接参数重新焊接，该方法同样对操作人员水平要求很高。目前激光焊接过程中，需要操作人员来进行焊缝质量的检测，耗时耗力，且判定标准难以统一，使得焊接效率不高，也会影响成品的焊缝质量。
发明内容
为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种智能激光焊接系统，主要包括：
激光焊机，其包括焊接头，用于对工件进行焊接并形成焊缝；
焊缝视觉检测系统，其包括视觉传感器组、控制器和焊缝质量检测系统，所述视觉传感器组用于采集焊接处焊接前及焊接后的数据，并通过所述控制器传输给焊缝质量检测系统，所述焊缝质量检测系统用于检查焊缝是否合格；
智能焊接控制系统，用于调节所述激光焊接的焊接工艺参数；
所述激光焊机、焊缝视觉检测系统以及智能焊接控制系统之间通过工业网络连接进行数据交互。
较佳地，所述视觉传感器组沿焊接方向设置在所述焊接头的两侧，所述视觉传感器组和所述焊接头可沿焊接方向移动。
较佳地，所述视觉传感组和所述焊接头完成焊接后复位。
较佳地，所述视觉传感器组包括设置在焊接方向延伸端的用于采集焊接前工件拼接间隙数据的第一视觉传感器，还包括设置在焊接方向后方的分别用于采集焊缝上表面及焊缝下表面数据的第二视觉传感器及第三传感器。
较佳地，所述智能焊接控制系统包括焊接工艺参数采集模块和焊缝工艺参数智能调整模块，所述焊接工艺参数采集模块用于采集所述激光焊机的工艺参数，所述焊缝工艺参数智能调整模块用于接收所述焊缝质量检测系统的反馈。
较佳地，所述焊缝工艺参数智能调整模块可以优化焊接工艺参数并反馈给所述激光焊机。
另一方面，本发明提供了一种智能激光焊接方法，包括如下步骤：
S1：将工件置于激光焊机中并确定好焊接位置，开始焊接；
S2：焊接过程中，焊接头及视觉传感器组沿着焊接方向移动，视觉传感器组用于采集工件焊接处焊接前及焊接后的数据并通过控制器实时传输给焊缝质量检测系统，焊缝质量检测系统用于判断焊缝合格与否；同时，智能焊接控制系统采集激光焊机实时焊接工艺参数；
S3：焊接完毕，若焊缝质量检测系统检测焊缝合格，则反馈给智能焊接控制系统合格信号，激光焊机自动打开；
S4：在S2步骤完成后，若焊缝质量检测系统检测焊缝不合格，则反馈给智能焊接控制系统关于焊缝的缺陷信息，智能焊接控制系统根据焊缝质量检测系统反馈的缺陷信息以及采集的激光焊机的实时焊接工艺参数，智能优化焊接工艺参数，并将优化后的焊接工艺参数反馈给激光焊机,激光焊机自动启动重焊，剪掉缺陷焊缝，将工件重新拼接并根据优化的焊接工艺参数再次焊接，直至焊缝质量检测系统检测焊缝合格。
较佳地，在步骤S1中，所述激光焊机还包含对工件进行对中、剪切及拼缝处理。
较佳地，在步骤S2中，所述激光焊机的实时焊接工艺参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、预热功率及退火功率。
较佳地，在步骤S4中，焊缝的缺陷信息包括错边、焊缝气孔、焊缝凹陷及焊缝凸起。
本发明提供的智能激光焊接系统以及方法，其工作原理是，将工件置于激光焊机中进行焊接，在焊接过程中，视觉传感器组随着焊接头一起沿工件待焊处移动并进行焊接，视觉传感器组采集工件焊接处焊接前及焊接后的数据并通过控制器传输给焊缝质量检测系统，焊缝质量检测系统通过视觉图像的处理及焊缝缺陷的识别，用于判定焊缝是否合格，在焊接过程中，智能焊接控制系统也会采集激光焊机实时焊接工艺参数；焊接完成，焊接头及视觉传感器组复位并为下一次焊接工序做准备，若焊缝质量检测系统检测焊缝合格，则反馈给智能焊接控制系统合格信号，激光焊机自动打开，可进行下一次焊接工序，实现连续焊接，若焊缝质量检测系统检测焊缝不合格，其会将焊缝缺陷量化通过控制器反馈给智能焊接控制系统，焊缝工艺参数智能调整模块根据反馈的焊缝缺陷信息，结合从激光焊机采集的实时焊接工艺参数，采用神经网络算法优化焊接工艺参数，并将优化好的焊接工艺参数反馈给激光焊机，并指导激光焊机重焊时焊接出合格的焊缝。
该智能激光焊接系统可用于各种工件的焊接，尤其适用于板带的焊接，实现带钢的连续生产；该智能激光焊接系统适用于激光焊、激光填丝焊及激光电弧复合焊等各种激光焊接工艺。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本发明提供的智能激光焊接系统，提高了工件激光焊接的智能化水平，采用视觉传感器组采集图像及数据，并传输给焊缝质量检测系统进行识别，可以对焊缝质量形成统一的判定标准，避免人工判定造成的不足，提高焊缝质量；
2)本发明提供的智能激光焊接系统，采用有效降低激光焊机对操作人员的依赖，也能减少操作人员近距离操作，避免了激光焊机对操作人员的人身安全造成影响；
3)本发明提供的智能激光焊接系统以及方法，可以快速、可靠并精确地检测焊缝质量，并根据检测焊缝缺陷智能优化焊机工艺参数，可以提高激光焊机的智能化水平，保证生产线的稳定、安全、连续运行。
附图说明
图1为本发明智能激光焊接系统的结构示意图。
1-激光焊机；101-焊接头；2-焊缝视觉检测系统；201-视觉传感器组；2011-第一视觉传感器；2012-第二视觉传感器；2013-第三视觉传感器；202-控制器；203-焊缝质量检测系统；3-智能焊接控制系统；4-工件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如说明书附图1所示，本发明提供了一种智能激光焊接系统，主要包括激光焊机1、焊缝视觉检测系统2及智能焊接控制系统3，三个系统通过工业网络连接，进行数据交互，可形成智能激光焊接系统；激光焊机1包括焊接头101，用于对工件4进行焊接并形成焊缝，激光焊机可以采用激光焊、激光填丝焊及激光复合焊等焊接工艺，激光焊机1还可以对工件进行其他的一些处理，包括对需要焊接的两个工件4进行对中、剪切及拼缝处理，使工件4处于合适的焊接位置，然后焊接头才进行焊接，焊缝视觉检测系统对工件4焊接处焊接前的拼接间隙以及焊接后的焊缝进行数据采集，通过采集图像，对图像进行处理以及对焊缝缺陷进行识别，判定焊缝是否存在缺陷。
进一步地，焊缝视觉检测系统2包括视觉传感器组201、控制器202和焊缝质量检测系统203，所述视觉传感器组201将采集的焊接处焊接前及焊接后的视觉图像及数据，通过控制器202传输给焊缝质量检测系统203用于检查焊缝是否合格，焊缝质量检测系统203分析处的焊缝是否合格信息会反馈给智能焊接控制系统3，所述焊缝质量检测系统203对视觉图像进行处理并分析是否存在焊缝缺陷，焊缝的缺陷信息包括错边、焊缝气孔、焊缝凹陷及焊缝凸起等，具体包括可视的缺陷曲线及超标值，若存在焊缝缺陷，则会将缺陷量化通过控制器反馈给智能焊接控制系统3；在焊接过程中焊接头101和视觉传感器组201会沿着焊接方向进行移动，完成一次焊接工序后，焊接头101和视觉传感器组201复位并为下一次焊接工序做准备，在焊接过程中，焊接头101可以与视觉传感器组201安装在一起，在焊接时，一起移动，也可以分开安装，在移动过程中，保持速度一致，使得视觉传感器组201能同时对工件焊接前及焊接后的数据进行采集。
智能焊接控制系统3包括焊接工艺参数采集模块和焊缝工艺参数智能调整模块，用于调节并优化所述激光焊接1的焊接工艺参数，在焊接过程中，焊接工艺参数采集模块用于采集所述激光焊机1的工艺参数，进行数据实时采集并记录，焊接工艺参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、预热功率及退火功率等，所述焊缝工艺参数智能调整模块用于接收所述焊缝质量检测系统203的反馈，并与激光焊机1建立信号联系，可以对激光焊机1进行调控，当接收到的是焊缝合格的信号，则无需对激光焊机1的焊接工艺参数进行修改，激光焊机1自动打开，可以进行下一个焊接工序，可以实现对工件4的连续化焊接，尤其适用于板带的焊接，用于将前一卷钢卷的带尾和后一卷钢卷的带头之间进行焊接，并实现连续化的焊接操作；当焊缝工艺参数智能调整模块接收到的是焊缝不合格的信号，其会根据焊缝质量检测系统203反馈的焊缝缺陷类别并结合从激光焊机1处采集的实时焊接工艺参数，采用神经网络算法优化焊接工艺参数，并将优化好的焊接工艺参数反馈给激光焊机1，再指导激光焊机1对有缺陷的焊缝进行剪切、拼接并重新焊接，直至焊缝合格。
进一步地，所述视觉传感器组201包括设置在焊接方向延伸端的用于采集焊接前工件4拼接间隙数据的第一视觉传感器2011，还包括设置在焊接方向后方的分别用于采集焊缝上表面及焊缝下表面数据的第二视觉传感器2012及第三传感器2013，第一视觉传感器2011可以对焊接前工件4之间拼接缝隙的监测，并为后期的优化焊接工艺参数提供依据，第二视觉传感器2012和第三视觉传感器2013可以对焊接后的焊缝上表面及下表面进行监测，并为后期的优化焊接工艺参数提供依据。
下面将对智能焊接控制系统3接收焊缝质量检测系统203反馈的焊缝缺陷信息后是如何对激光焊接的焊接工艺参数进行优化来做详细阐述。
如果智能激光焊接系统中是采用的激光焊工艺的激光焊机：
如果是错边缺陷，智能焊接控制系统3根据焊缝质量检测系统203反馈的错边量s，以及采集的激光焊机1的实时焊接工艺参数，焊接头支承轮高度值，调节焊接头支承轮的高度，数值为错边量的一半，即数值为s/2；
如果是焊缝凹陷缺陷，焊缝质量检测系统203会反馈焊缝凹陷值超过标准值的百分比，智能焊接控制系统3根据反馈的超标百分比调低焊接工艺参数中的焊接速度值，降低焊接速度与超标百分比成正比，可以调节焊接速度来优化焊缝凹陷缺陷；
如果是焊缝凸起缺陷，焊缝质量检测系统203会反馈焊缝余高值超过标准值的百分比，智能焊接控制系统3根据反馈的超标百分比提高焊接工艺参数中的焊接速度值，提高焊接速度与超标百分比成正比，可以调节焊接速度来优化焊缝凸起缺陷；
如果是气孔缺陷，焊缝质量检测系统203会反馈气孔缺陷的密集度，智能焊接控制系统3根据反馈的气孔缺陷密集度降低焊接速度和焊接功率；
在焊接过程中，可能是出现单一的缺陷或者是多个缺陷一起出现，智能焊接控制系统3根据缺陷类型，优化相应的焊接工艺参数。
如果智能激光焊接系统中采用是激光填丝焊或者激光复合焊工艺：
如果是错边缺陷，智能焊接控制系统3根据焊缝质量监测系统203反馈的错边量s，以及采集的激光焊机1的实时焊接工艺参数，焊接头支承轮高度值，调节焊接头支承轮的高度，数值为错边量的一半，即数值为s/2；
如果是焊缝凹陷缺陷，焊缝质量监测系统203反馈焊缝凹陷值超过标准值的百分比，智能焊接控制系统3根据超标百分比提高焊接工艺参数中的送丝速度，提高送丝速度与超标百分比成正比；
如果是焊缝凸起缺陷，焊缝质量监测系统203反馈焊缝余高值超过标准值的百分比，智能焊接控制系统3根据超标百分比降低焊接参数中的送丝速度值，降低送丝速度与超标百分比成正比。
如果是气孔缺陷，焊缝质量监测系统203反馈气孔缺陷的密集度，智能焊接控制系统3则根据反馈的气孔缺陷密集度降低焊接速度和焊接功率。
在焊接过程中，可能是出现单一的缺陷或者是多个缺陷一起出现，智能焊接控制系统3根据缺陷类型，优化相应的焊接工艺参数。
基于上述智能激光焊接系统，本发明也提供了一种智能激光焊接方法，包括如下步骤：
S1：将工件4置于激光焊机1中并确定好焊接位置，开始焊接；
S2：焊接过程中，焊接头101及视觉传感器组201沿着焊接方向移动，视觉传感器组201用于采集工件4焊接处焊接前及焊接后的数据并通过控制器202实时传输给焊缝质量检测系统203，焊缝质量检测系统203用于判断焊缝合格与否；同时，智能焊接控制系统3采集激光焊机1实时焊接工艺参数；
S3：焊接完毕，若焊缝质量检测系统203检测焊缝合格，则反馈给智能焊接控制系统3合格信号，激光焊机1自动打开，可开始下一个焊接工序；
S4：焊接完毕，若焊缝质量检测系统203检测焊缝不合格，则反馈给智能焊接控制系统3关于焊缝的缺陷信息，智能焊接控制系统3根据焊缝质量检测系统203反馈的缺陷信息以及采集的激光焊机1的实时焊接工艺参数，智能优化焊接工艺参数，并将优化后的焊接工艺参数反馈给激光焊机1,激光焊机1自动启动重焊，剪掉缺陷焊缝，将工件重新拼接并根据优化的焊接工艺参数再次焊接，直至焊缝质量检测系统203检测焊缝合格，可开始下一个焊接工序。
进一步地，在步骤S1中，所述激光焊机1还包含对工件4进行对中、剪切及拼缝处理。
进一步地，在步骤S2中，所述激光焊机1的实时焊接工艺参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、预热功率及退火功率；在步骤S4中，焊缝的缺陷信息包括错边、焊缝气孔、焊缝凹陷及焊缝凸起等。
进一步地，在步骤S2完成一次焊接后，所述焊接头101及视觉传感器组201复位并进行下一次焊接工序。
综上所述，本发明提供了一种智能激光焊机系统以及方法，能快速、可靠并精确地检测焊缝质量并根据焊缝缺陷智能优化焊接工艺参数，可以提高激光焊机的智能化水平，保证生产线能够稳定、安全并连续运行。
本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。
Claims (10)
1.一种智能激光焊接系统，其特征在于，包括：
激光焊机，其包括焊接头，用于对工件进行焊接并形成焊缝；
焊缝视觉检测系统，其包括视觉传感器组、控制器和焊缝质量检测系统，所述视觉传感器组用于采集焊接处焊接前及焊接后的数据，并通过所述控制器传输给焊缝质量检测系统，所述焊缝质量检测系统用于检查焊缝是否合格；
智能焊接控制系统，用于调节所述激光焊接的焊接工艺参数；
所述激光焊机、焊缝视觉检测系统以及智能焊接控制系统之间通过工业网络连接进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的智能激光焊接系统，其特征在于，所述视觉传感器组沿焊接方向设置在所述焊接头的两侧，所述视觉传感器组和所述焊接头可沿焊接方向移动。
3.根据权利要求2所述的智能激光焊接系统，其特征在于，所述视觉传感组和所述焊接头完成焊接后复位。
4.根据权利要求2所述的智能激光焊接系统，其特征在于，所述视觉传感器组包括设置在焊接方向延伸端的用于采集焊接前工件拼接间隙数据的第一视觉传感器，还包括设置在焊接方向后方的分别用于采集焊缝上表面及焊缝下表面数据的第二视觉传感器及第三传感器。
5.根据权利要求1所述的智能激光焊接系统，其特征在于，所述智能焊接控制系统包括焊接工艺参数采集模块和焊缝工艺参数智能调整模块，所述焊接工艺参数采集模块用于采集所述激光焊机的工艺参数，所述焊缝工艺参数智能调整模块用于接收所述焊缝质量检测系统的反馈。
6.根据权利要求5所述的智能激光焊接系统，其特征在于，所述焊缝工艺参数智能调整模块可以优化焊接工艺参数并反馈给所述激光焊机。
7.一种智能激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将工件置于激光焊机中并确定好焊接位置，开始焊接；
S2：焊接过程中，焊接头及视觉传感器组沿着焊接方向移动，视觉传感器组用于采集工件焊接处焊接前及焊接后的数据并通过控制器实时传输给焊缝质量检测系统，焊缝质量检测系统用于判断焊缝合格与否；同时，智能焊接控制系统采集激光焊机实时焊接工艺参数；
S3：焊接完毕，若焊缝质量检测系统检测焊缝合格，则反馈给智能焊接控制系统合格信号，激光焊机自动打开；
S4：焊接完毕，若焊缝质量检测系统检测焊缝不合格，则反馈给智能焊接控制系统关于焊缝的缺陷信息，智能焊接控制系统根据焊缝质量检测系统反馈的缺陷信息以及采集的激光焊机的实时焊接工艺参数，智能优化焊接工艺参数，并将优化后的焊接工艺参数反馈给激光焊机,激光焊机自动启动重焊，剪掉缺陷焊缝，将工件重新拼接并根据优化的焊接工艺参数再次焊接，直至焊缝质量检测系统检测焊缝合格。
8.根据权利要求7所述的智能激光焊接方法，其特征在于，在步骤S1中，所述激光焊机还包含对工件进行对中、剪切及拼缝处理。
9.根据权利要求7所述的智能激光焊接方法，其特征在于，在步骤S2中，所述激光焊机的实时焊接工艺参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、预热功率及退火功率。
10.根据权利要求7所述的智能激光焊接方法，其特征在于，在步骤S4中，焊缝的缺陷信息包括错边、焊缝气孔、焊缝凹陷及焊缝凸起。
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