CN114131249A - 气保焊枪导电嘴导电状态监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置及方法，该装置包括依次连接的电压采集模块、数据采样处理模块、数据分析模块和告警模块；电压采集模块用于采集焊接过程中的焊接电压信号；数据采样处理模块用于按照设定的频率对焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至数据分析模块；数据分析模块用于计算导电嘴导电状态评价指数并在导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向告警模块发送告警信号，其中导电嘴导电状态评价指数为在设定单位时长内焊接电压高于设定电压阈值的时长占比。实现自动、监测气保焊枪导电嘴的导电异常状态并及时发出报警，提高产品的焊接质量。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，更具体地，涉及一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置及方法。
背景技术
气保焊(气体保护焊)是利用CO2或惰性气体(如氩气)保护焊丝不被氧化的电弧焊。气保焊过程中，导电嘴处于高温、烧蚀、磨损及金属飞溅的恶劣工况中，受上述恶劣工况的影响，焊枪的导电嘴易发生导电不良的现象。当导电嘴导电不良时，如不及时更换和清理，会使焊接过程中金属飞溅量显著增加，进而造成焊缝成形不良、焊穿等缺陷。
目前，对于导电嘴导电状态的判断是基于人工经验，通过人工观察电弧形态、电弧声音、飞溅数量等特征来评估导电嘴导电状态，无法做到直观、准确、及时。而导电嘴导电不良带来的影响是显著的，如不及时处理，将会严重影响产品的焊接质量。
发明内容
本发明的目的是提出一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置及方法，实现自动实时监测气保焊枪导电嘴的导电状态，在导电状态出现异常时及时报警。
为实现上述目的，本发明提出了一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，所述气保焊枪与焊机输出端的正极连接，焊接工件与焊机输出端的负极连接，所述装置包括依次连接的电压采集模块、数据采样处理模块、数据分析模块和告警模块；
所述电压采集模块与所述焊机输出端的正极和负极连接，用于采集焊接过程中的焊接电压信号，并将所述焊接电压信号输出至所述数据采样处理模块，其中所述焊接电压信号为模拟信号；
所述数据采样处理模块用于按照设定的频率对所述焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至所述数据分析模块；
所述数据分析模块用于根据接收的所述数字电压信号计算导电嘴导电状态评价指数，并在所述导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向所述告警模块发送告警信号，其中，所述导电嘴导电状态评价指数为在设定单位时长内所述焊接电压高于设定电压阈值的时长占比；
所述告警模块用于根据所述告警信号发出导电嘴导电状态异常的告警信息。
可选地，所述电压采集模块包括电压传感器，所述电压传感器根据所述焊接电压信号变化线性输出模拟电压信号。
可选地，所述数据采样处理模块包括数据采样单元和A/D转换单元。
可选地，所述数据分析模块与所述告警模块之间的通信方式至少包括以太网、WIFI、I/O接口中的其中之一。
可选地，所述告警模块至少包括蜂鸣器、报警灯、电子屏中的其中之一。
可选地，所述数据分析模块包括处理器。
本发明还提出一种气保焊枪导电嘴导电状态监测方法，应用于以上所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，所述方法包括：
焊接开始后，所述电压采集模块实时采集焊接电压信号，所述数据采样处理模块按照设定的频率对所述焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至所述数据分析模块，所述数据分析模块接收所述数字电压信号并执行以下步骤：
步骤S1：获取当前焊接时刻t；
步骤S2：判断当前焊接时刻t是否大于或等于设定单位时长T0，若是，则执行步骤S3，否则，返回步骤S1；
步骤S3：根据所述数字电压信号，统计时间区间[t-T0，t]内电压值高于设定电压阈值UL的持续时长TL；
步骤S4：计算导电嘴导电状态评价指数W，其中W＝(TL/T0)*100％；
步骤S5：判断导电嘴导电状态评价指数W是否大于设定的导电状态评价指数阈值W0，若是，则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
步骤S6：向所述告警模块发送告警信息，并停止监测；
步骤S7：将当前时刻t更新为t+Δt，其中Δt为时间步进步长，判断焊接过程是否结束，若是，则停止监测，否则，返回步骤S3。
本发明的有益效果在于：
本发明通过电压采集模块实时采集焊接电压信号，通过数据采样处理模块按照设定的频率对焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至数据分析模块，通过数据分析模块根据接收的数字电压信号计算导电嘴导电状态评价指数，并在导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向告警模块发送告警信号，实现了自动、实时、准确地监测气保焊枪导电嘴的导电状态，在导电状态出现异常时能够及时发出报警，提示设备维护人员进行及时更换或清理导电嘴，从而有效提高产品的焊接质量。
本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置的结构框图。
图2示出了根据本发明的一种气保焊枪导电嘴导电状态监测方法中数据分析模块的数据分析流程图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置的结构框图。
如图1所示，一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，气保焊枪与焊机(气保焊设备)输出端的正极连接，焊接工件与焊机输出端的负极连接，装置包括依次连接的电压采集模块1、数据采样处理模块2、数据分析模块3和告警模块4；
电压采集模块1与焊机输出端的正极和负极连接，用于采集焊接过程中的焊接电压信号，并将焊接电压信号输出至数据采样处理模块2，其中焊接电压信号为模拟信号；
数据采样处理模块2用于按照设定的频率对焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至数据分析模块3；
数据分析模块3用于根据接收的数字电压信号计算导电嘴导电状态评价指数，并在导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向告警模块4发送告警信号，其中，导电嘴导电状态评价指数为在设定单位时长内焊接电压高于设定电压阈值的时长占比；
告警模块4用于根据告警信号发出导电嘴导电状态异常的告警信息。
具体地，导电嘴导电不良会造成焊接回路瞬断，此时电路中的电流迅速下降至接近零的值，而焊接电压则会随之升高到焊机空载电压U0。在正常的焊接条件下，回路中的焊接电压约为空载电压大小的1/3～1/2，远低于焊机空载电压。当导电嘴导电不良严重时，电路瞬断现象会密集出现。因此，通过检测焊过程中一定时长内电路瞬断所占的比例(即导电嘴导电状态评价指数)，作为判定导电嘴导电状态的依据。
因此，通过设计电压采集模块1实时采集焊接电压信号，数据采样处理模块2按照设定的频率对焊接电压信号进行数据采样并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至数据分析模块3，通过数据分析模块3根据接收的数字电压信号计算导电嘴导电状态评价指数，并在导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向告警模块4发送告警信号，实现了自动、实时、准确地监测气保焊枪导电嘴的导电状态，在导电状态出现异常时能够及时发出报警，提示设备维护人员进行及时处理，从而有效提高产品的焊接质量。
在一个示例中，电压采集模块1包括电压传感器，电压传感器根据焊接电压信号变化线性输出模拟电压信号。
具体地，电压采集模块1由电压传感器组成，电压传感器输入端分别与气保焊设备输出端的正极和负极连接，焊接过程中电压传感器采集电路中的电压大小信号，并将其转化为模拟量输出至数据采集处理模块。
在一个示例中，数据采样处理模块2包括数据采样单元和A/D转换单元。
具体地，数据采集处理模块接收来自电压传感器的模拟信号，按照设定的采样频率f进行数据采样，通过其中的A/D转换单元将模拟信号转化为数字信号，并将数字信号传输给数据分析模块3。
在一个示例中，数据分析模块3与告警模块4之间的通信方式至少包括以太网、WIFI、I/O接口中的其中之一。
具体地，数据分析模块3对电压信号进行分析运算，判断导电嘴的导电状态，如达到报警阈值，则向告警模块4发送告警信号，告警信息通过以太网口、WIFI、模拟量I/O等形式发送至告警模块4。数据分析模块3包括处理器，如PLC、MCU等，通过相应的运算程序实现对导电嘴导电状态指数进行计算。
在一个示例中，告警模块4至少包括蜂鸣器、报警灯、电子屏中的其中之一。
具体地，告警模块4的功能是及时将将导电嘴导电状态异常的信息提供给现场操作人员或设备维护人员，告警信息可以以蜂鸣器、报警灯、电子屏提示等形式展现。
本发明实施例还提出一种气保焊枪导电嘴导电状态监测方法，应用于以上的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，该方法包括：
焊接开始后，电压采集模块1实时采集焊接电压信号，数据采样处理模块2按照设定的频率对焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至数据分析模块3；
如图2所示，数据分析模块3接收数字电压信号并执行以下分析步骤：
步骤S1：获取当前焊接时刻t；
步骤S2：判断当前焊接时刻t是否大于或等于设定单位时长T0，若是，则执行步骤S3，否则，返回步骤S1；
步骤S3：根据数字电压信号，统计时间区间[t-T0，t]内电压值高于设定电压阈值UL的持续时长TL；
步骤S4：计算导电嘴导电状态评价指数W，其中W＝(TL/T0)*100％；
步骤S5：判断导电嘴导电状态评价指数W是否大于设定的导电状态评价指数阈值W0，若是，则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
步骤S6：向告警模块4发送告警信息，并停止监测；
步骤S7：将当前时刻t更新为t+Δt，其中Δt为时间步进步长，判断焊接过程是否结束，若是，则停止监测，否则，返回步骤S3。
下面通过一具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例：
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置的结构图。
如图3所示，气保焊枪导电嘴导电状态监测装置包括：电压传感器、数据采集与分析终端和告警模块4，其中数据采集与分析终端集成了数据采样处理模块2和数据分析模块3，告警模块4可以包括蜂鸣器、报警灯、电子屏等。电压传感器与焊机输出端的正极和负极连接，气保焊枪与焊机输出端的正极连接，焊接工件与焊机输出端的负极连接，
具体实施过程中：
当焊机工作时，电压传感器根据焊接电压大小线性输出0～5V模拟信号，并通过航插将信号发送至数据采集与分析终端。
数据采集与分析终端通过其A/D转换单元，将电压传感器采集的信号转化为数字信号，并按照图2所示的数据分流程，计算电状态评价指数W的值，如果W值超过设定阈值W0，则产生告警，并将告警信号通过以太网、WIFI、I/O等接口发送至告警模块4。
告警信号可通过蜂鸣器、报警灯、电子屏等多种形式展示，蜂鸣器和报警灯安装在生产现场，可及时提醒操作人员及设备维护人员关注导电嘴的导电状态。电子屏通过以太网接收告警信息，可利用车间现有网络，部署在需要的场所，及时提供告警信息。
综上，本发明的装置及方法能够自动、实时、准确地监测气保焊枪导电嘴的导电状态，在导电状态出现异常时能够及时发出报警，提示设备维护人员及时更换或清理导电嘴，从而有效提高产品的焊接质量。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (7)
1.一种气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，所述气保焊枪与焊机输出端的正极连接，焊接工件与焊机输出端的负极连接，其特征在于，所述装置包括依次连接的电压采集模块、数据采样处理模块、数据分析模块和告警模块；
所述电压采集模块与所述焊机输出端的正极和负极连接，用于采集焊接过程中的焊接电压信号，并将所述焊接电压信号输出至所述数据采样处理模块，其中所述焊接电压信号为模拟信号；
所述数据采样处理模块用于按照设定的频率对所述焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至所述数据分析模块；
所述数据分析模块用于根据接收的所述数字电压信号计算导电嘴导电状态评价指数，并在所述导电嘴导电状态评价指数大于设定的导电状态评价指数阈值时向所述告警模块发送告警信号，其中，所述导电嘴导电状态评价指数为在设定单位时长内所述焊接电压高于设定电压阈值的时长占比；
所述告警模块用于根据所述告警信号发出导电嘴导电状态异常的告警信息。
2.根据权利要求1所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述电压采集模块包括电压传感器，所述电压传感器根据所述焊接电压信号变化线性输出模拟电压信号。
3.根据权利要求1所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述数据采样处理模块包括数据采样单元和A/D转换单元。
4.根据权利要求1所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述数据分析模块与所述告警模块之间的通信方式至少包括以太网、WIFI、I/O接口中的其中之一。
5.根据权利要求1或4所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述告警模块至少包括蜂鸣器、报警灯、电子屏中的其中之一。
6.根据权利要求1所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述数据分析模块包括处理器。
7.一种气保焊枪导电嘴导电状态监测方法，应用于权利要求1-6任意一项所述的气保焊枪导电嘴导电状态监测装置，其特征在于，所述方法包括：
焊接开始后，所述电压采集模块实时采集焊接电压信号，所述数据采样处理模块按照设定的频率对所述焊接电压信号进行数据采样，并将采样的焊接电压信号转换为数字电压信号后输出至所述数据分析模块，所述数据分析模块接收所述数字电压信号并执行以下步骤：
步骤S1：获取当前焊接时刻t；
步骤S2：判断当前焊接时刻t是否大于或等于设定单位时长T0，若是，则执行步骤S3，否则，返回步骤S1；
步骤S3：根据所述数字电压信号，统计时间区间[t-T0，t]内电压值高于设定电压阈值UL的持续时长TL；
步骤S4：计算导电嘴导电状态评价指数W，其中W＝(TL/T0)*100％；
步骤S5：判断导电嘴导电状态评价指数W是否大于设定的导电状态评价指数阈值W0，若是，则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
步骤S6：向所述告警模块发送告警信息，并停止监测；
步骤S7：将当前时刻t更新为t+Δt，其中Δt为时间步进步长，判断焊接过程是否结束，若是，则停止监测，否则，返回步骤S3。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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