CN114700589A - 一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置及方法，该装置主要包括余高补偿送丝模块和焊缝间隙检测模块。该铝合金薄板对接焊缝的余高控制方法通过在焊接过程中CCD传感相机实时的对焊缝间隙拍摄，然后传输至计算机并与预设的焊缝间隙进行比较，根据对比的误差值来适时的调整外加送丝机的送丝速度。本发明通过调整外加送丝机的送丝速度来实现对铝合金薄板对接焊缝的余高控制，很好的解决了在焊接过程中因焊缝间隙变化造成焊缝出现下凹和焊缝两侧咬边等问题，从而极大改善了由于焊缝间隙变化导致的焊缝成形尺寸不一致的问题，提高了铝合金薄板自动化焊接焊缝的质量。
Description
技术领域
本发明属于自动化焊接领域，主要涉及一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置及方法。
背景技术
在铝合金薄板工件的实际的焊接生产中，由于工件在人工装配的过程中，很难保证焊缝间隙的大小一致。同时在焊接过程中，由于铝合金的导热性较好，焊接的热积累作用会引起工件的变形，会使焊缝的间隙发生变化。而在焊接过程中送丝速度时保持不变，当焊缝间隙过大时，此时焊缝的余高过低，会出现下凹现象，甚至焊缝两侧会产生咬边等缺陷，会影响焊缝成形的美观及焊缝的质量。
随着焊接技术的辅助手段快速发展，焊接监测技术发展日趋成熟，焊接过程中的传感技术可以实时的采集各类信息参数，可以通过采集的信息参数来实时的反馈焊缝的质量信息。专利一种焊缝成形控制装置及方法(申请号201910579693.7)公开了一种焊缝成形控制装置及方法，但该装置通过视觉传感器来获得熔池的下塌量从而调节焊接电流的大小，但该装置对视觉传感器的精度要求较高，且控制过程较为复杂。
发明内容
针对目前铝合金薄板对接焊缝在焊接的过程中由于焊接变形使焊缝间隙大小不一致，当焊缝间隙过大时容易产生焊缝下凹，甚至会出现焊缝两侧产生咬边等问题，本发明提供了一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置及方法，能够的有效的解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
提供一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，包括余高补偿送丝模块和焊缝间隙检测模块。
余高补偿送丝模块，具体包括焊枪，焊枪里内置了送丝管道I和送丝管道II，送丝管道I里的焊丝I和送丝管道II里的焊丝II穿过同一导电嘴；送丝机I与送丝管道I相连并和焊机相连，焊机和机器人控制柜相连，送丝机II和送丝管道II相连并和机器人控制柜相连，机器人控制柜根据铝合金薄板上的横向焊缝间隙检测信号控制焊丝II的送进。
焊缝间隙检测模块，具体包括CCD传感相机安装在传感器安装板上，传感器安装板固定在焊枪上并与焊枪形成整体，CCD传感相机通过信号线与图像处理器相连，图像处理器通过数据线与计算机相连，计算机通过信号线与机器人控制柜相连，机器人控制柜则与送丝机II相连。
进一步的，焊丝I和焊丝II穿过同一导电嘴送出，焊丝II相对焊丝I中轴线倾斜，倾斜角度为20°～60°，且送丝管道I和送丝管道II在导电嘴处的间距为3～8mm。
进一步的，送丝管道I里的焊丝为导电的焊丝I，送丝管道II里的焊丝为不导电的焊丝II。
一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制方法，具体包括以下具体步骤：
1)首先调整好CCD传感相机的安装角度，使其在焊接过程中能够拍摄到熔池前方的焊缝间隙；
2)在计算机中焊接过程控制软件中预设置好对接焊缝的间隙，并设置好合适的焊接电流、送丝速度和焊接速度等焊接工艺参数；
3)焊接开始后，机器人控制柜通过焊机发送控制命令至送丝机I使其处于打开状态，送丝机II则处于关闭状态。CCD传感相机实时的拍摄焊接过程中熔池前方的焊缝间隙图像，将拍摄所得的图像传输至图像处理器，经过处理后得到实时焊缝间隙的具体数值，并传输至计算机，并通过计算机上焊接过程控制软件将实时得到的焊缝间隙具体数值与预设的焊缝间隙值进行比较。若得到的实时焊缝间隙值大于预设焊缝间隙值时，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II开始按照计算获得补充送丝焊丝II的送丝速度开始送丝。若在补偿过程中，实时检测获得的焊缝间隙值小于或等于预设焊缝间隙值时，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，停止送丝机II的送丝。如此循环实时检测获取焊缝间隙数值，控制补充送丝焊丝II的送丝速度以及送进与否。
4)焊接结束后，机器人控制柜发送控制命令，使焊机、送丝机I和送丝机II关闭，停止焊接。
进一步的，焊缝间隙为0.5～5mm。
进一步的，铝合金薄板厚度为1～6mm。
进一步的，焊丝I的焊接电流在80～240A之间，补充送丝焊丝送丝速度与熔化焊丝送丝速度的比例为10％～60％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.本发明能够很好的解决因焊缝间隙变化造成焊缝出现下凹和焊缝两侧产生咬边等问题；2.CCD传感相机和送丝机与机器人相互通讯，具有结构灵活、自动化程度高等优点，可广泛的应用于实际的工业生产中；3.可以适用于不同的铝合金焊接领域，可广泛应用于铝合金薄板的机器人自动化焊接。
附图说明
图1补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置示意图。
图2补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高的控制方法的流程图。
图中，1为铝合金薄板，2为导电嘴，3为送丝管道I，4为送丝管道II，5为焊枪，6为送丝机I，7为送丝机II，8为焊机，9为机器人控制柜，10为计算机，11为传感器安装板，12为图像处理器，13为CCD传感相机，14为焊丝I，15为焊丝II。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明提供的一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置及方法。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
所采用的设备型号如下：MOTOMAN MH6安川弧焊机器人，DX100机器人控制柜，CMT-Advance 4000焊机，PMS-1200H15MSM CCD传感相机。
结合图1，一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，主要由余高补偿送丝模块和焊缝间隙检测模块组成。具体包括：机器人控制柜、焊枪、导电嘴、送丝管道I、送丝管道II、送丝机I、送丝机II、焊丝I、焊丝II、焊机、计算机、CCD传感相机、图像处理器。
焊枪里内置了送丝管道I和送丝管道II，且送丝管道I和送丝管道II在导电嘴处间距为3～8mm，焊丝I和焊丝II穿过同一导电嘴送出，焊丝II相对焊丝I中轴线倾斜，倾斜角度为20°～60°。送丝送丝机I与送丝管道I相连并和焊机相连，焊机和机器人控制柜相连，机器人控制柜通过向焊机发送控制信号来控制送丝机I的送丝速度。送丝机II和送丝管道II相连并和机器人控制柜相连，机器人控制柜则根据铝合金薄板上的横向焊缝间隙检测信号来控制送丝机II，从而控制焊丝II的送丝速度。送丝管道I里的焊丝为导电的焊丝I，送丝管道II里的焊丝为不导电的焊丝II。CCD传感相机安装在传感器安装板上，传感器安装板固定在焊枪上并与焊枪形成整体，CCD传感相机通过信号线与图像处理器相连，将拍摄的焊缝间隙图像传输至图像处理器，图像处理器处理拍摄的图像后将得到的焊缝间隙通过数据线传输至计算机，计算机通过信号线与机器人控制柜相连，机器人控制柜则与送丝机II相连。
实施例1
采用上述发明的装置，进行板厚为3.0mm，焊缝间隙为1.0mm的5A06铝合金I型坡口对接焊缝余高控制方法实施，结合图2，具体步骤如下：
1)设置好焊接工艺参数，焊接电流为110A，焊接电压为14.2V，送丝机I的送丝速度为5.0m/min，焊接速度为11mm/s，保护气流量为25L/min，所采用的焊丝I和焊丝II均为直径为1.2mm的ER5356焊丝。在计算机焊接过程控制软件上预设置焊缝间隙为1.0mm，并根据工件焊缝的位置的人工示教机器人焊接轨迹。
2)调整好CCD传感相机的安装角度，使其在焊接过程中能够拍摄到熔池前方的焊缝间隙。
3)启动机器人，准备开始焊接，当机器人移动到焊接开始点时，机器人控制柜发送控制信号至焊机和送丝机I，启动焊机和送丝机I开始进行焊接。
4)焊接开始后，CCD传感相机实时的对焊接过程中熔池前方的焊缝间隙进行拍摄，将拍摄所得的图像传输至图像处理器，经过处理后得到实时焊缝间隙的数值，并传输至计算机，并通过计算机上焊接过程控制软件将实时得到的焊缝间隙数值与预设的焊缝间隙进行比较。当得到实时焊缝间隙值为1.5mm时，焊缝间隙大于焊接开始前焊缝预留的间隙1.0mm，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II开始按照实时焊缝间隙每大于预设焊缝间隙1.0mm时，送丝速度就增加送丝机I送丝速度的20％来送进焊丝II。当得到焊缝间隙值为0.5mm时，焊缝间隙小于焊接开始前焊缝预留的间隙1.0mm，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II停止焊丝II的送进。
5)焊接结束后，机器人控制柜发送控制命令，使焊机、送丝机I和送丝机II关闭，结束焊接。
通过对3.0mm厚5A06铝合金薄板对接焊缝余高的控制，获得了焊缝成形美观，余高均匀一致的焊缝，从而避免了在焊接过程中因焊缝间隙变化造成焊缝出现下凹和焊缝两侧产生咬边等问题。
实施例2
采用上述发明的装置，进行板厚为5.0mm，焊缝间隙为2.0mm的5083铝合金I型坡口对接焊缝余高控制方法实施，结合图2，具体步骤如下：
1)设置好焊接工艺参数，焊接电流为150A，焊接电压为16.8V，送丝机I的送丝速度为6.5m/min，焊接速度为10mm/s，保护气流量为20L/min，所采用的焊丝I和焊丝II均为直径为1.2mm的ER5183焊丝。在计算机焊接过程控制软件上预设置焊缝间隙为2.0mm，并根据工件焊缝的位置的人工示教机器人焊接轨迹。
2)调整好CCD传感相机的安装角度，使其在焊接过程中能够拍摄到熔池前方的焊缝间隙。
3)启动机器人，准备开始焊接，当机器人移动到焊接开始点时，机器人控制柜发送控制信号至焊机和送丝机I，启动焊机和送丝机I开始进行焊接。
4)焊接开始后，CCD传感相机实时的对焊接过程中熔池前方的焊缝间隙进行拍摄，将拍摄所得的图像传输至图像处理器，经过处理后得到实时焊缝间隙的数值，并传输至计算机，并通过计算机上焊接过程控制软件将实时得到的焊缝间隙数值与预设的焊缝间隙进行比较。当得到实时焊缝间隙为3.0mm时，焊缝间隙大于焊接开始前焊缝预留的间隙2.0mm，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II开始按照实时焊缝间隙每大于预设焊缝间隙1.0mm时，送丝速度就增加送丝机I送丝速度的30％来送进焊丝II。当得到焊缝间隙值为1.5mm时，焊缝间隙小于焊接开始前焊缝预留的间隙2.0mm，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II停止焊丝II的送进。
5)焊接结束后，机器人控制柜发送控制命令，使焊机、送丝机I和送丝机II关闭，结束焊接。
通过对5.0mm厚5083铝合金板对接焊缝余高的控制，获得了焊缝成形美观，余高均匀一致的焊缝，从而避免了在焊接过程中因焊缝间隙变化造成焊缝出现下凹和焊缝两侧产生咬边等问题。
Claims (8)
1.一种补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，其特征在于：主要包括余高补偿送丝模块和焊缝间隙检测模块；
余高补偿送丝模块，具体包括焊枪(5)，焊枪里内置了送丝管道I(3)和送丝管道II(4)；送丝管道I(3)里的焊丝I(14)和送丝管道II(4)里的焊丝II(15)穿过同一导电嘴(2)；送丝机I(6)与送丝管道I(3)相连并和焊机(8)相连，焊机(8)和机器人控制柜(9)相连，送丝机II(7)和送丝管道II(4)相连并和机器人控制柜(9)相连，机器人控制柜(9)根据铝合金薄板(1)上的横向焊缝间隙检测信号控制焊丝II(15)的送进；
焊缝间隙检测模块，具体包括，CCD传感相机(13)安装在传感器安装板(11)上，传感器安装板(11)固定在焊枪(5)上并与焊枪(5)形成整体，CCD传感相机(13)通过信号线与图像处理器(12)相连，图像处理器(12)通过数据线与计算机(10)相连，计算机(10)通过信号线与机器人控制柜(9)相连，机器人控制柜(9)则与送丝机II(7)相连。
2.根据权利要求1所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，其特征在于：所述的焊丝I和焊丝II穿过同一导电嘴送出，焊丝II相对焊丝I中轴线倾斜，倾斜角度为20°～60°，且送丝管道I和送丝管道II在导电嘴处的间距为3～8mm。
3.根据权利要求1所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，其特征在于：所述的送丝管道I里的焊丝为导电的焊丝I，送丝管道II里的焊丝为不导电的焊丝II。
4.根据权利要求3所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制装置，其特征在于：所述的焊丝I和焊丝II均为直径为1.2mm的ER5183或ER5356焊丝。
5.一种基于权利要求1-4任一项装置所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)调整好CCD传感相机的安装角度，使其在焊接过程中能够拍摄到熔池前方的焊缝间隙；
2)在计算机中焊接过程控制软件中预设置好对接焊缝的间隙，并设置好合适的焊接电流、送丝速度和焊接速度等焊接工艺参数；
3)焊接开始后，机器人控制柜通过焊机发送控制命令至送丝机I使其处于打开状态，送丝机II则处于关闭状态；CCD传感相机实时的拍摄焊接过程中熔池前方的焊缝间隙图像，将拍摄所得的图像传输至图像处理器，经过处理后得到实时焊缝间隙的具体数值，并传输至计算机，并通过计算机上焊接过程控制软件将实时得到的焊缝间隙具体数值与预设的焊缝间隙值进行比较；若得到的实时焊缝间隙值大于预设焊缝间隙值时，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，使送丝机II开始按照计算获得补充送丝焊丝II的送丝速度开始送丝；若在补偿过程中，实时检测获得的焊缝间隙值小于或等于预设焊缝间隙值时，此时计算机发送信号给机器人控制柜，机器人控制柜则发送控制指令给送丝机II，停止送丝机II的送丝；如此循环实时检测获取焊缝间隙数值，控制补充送丝焊丝II的送丝速度以及送进与否；
4)焊接结束后，机器人控制柜发送控制命令，使焊机、送丝机I和送丝机II关闭，停止焊接。
6.权利要求5所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制方法，其特征在于：焊缝间隙为0.5～5mm。
7.权利要求5所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制方法，其特征在于：铝合金薄板厚度为1～6mm。
8.权利要求5所述的补偿焊缝间隙的铝合金薄板对接焊缝余高控制方法，其特征在于：焊丝I的焊接电流在80～240A之间，补充送丝焊丝送丝速度与熔化焊丝送丝速度的比例为10％～60％。
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