CN115302151B - 一种焊接反变形监测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊接反变形监测控制系统及方法，属于焊件尺寸监测控制技术领域，通过焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置之间的配合，即使反变形过程受焊接过程中的不同焊接参数的影响，也能够确定反变形过程的进展是否顺利，保障焊接变形的确定性，减少材料报废的风险，节约生产成本，提高产品效率。并且，焊接调节装置常闭，反变形过程出现异常时再开启，可避免长时间待机，降低能耗。并进一步根据焊接调节装置的调节能力，将反变形过程中焊件尺寸偏移量进行细分，避免焊件尺寸偏移量超出其调节能力，导致焊接调节装置无效动作。

Description

一种焊接反变形监测控制系统及方法

技术领域

本发明属于焊件尺寸监测控制技术领域，具体涉及一种焊接反变形监测控制系统及方法。

背景技术

由于焊接加热，融合线以外的母材产生膨胀，随即冷却，熔池金属和融合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，导致焊件的不均匀膨胀和收缩，焊件内部产生拘束引起变形。焊接产生的变形严重影响着焊接结构的质量、结构形状尺寸精度和结构承载力，矫正变形要降低生产效率、增加生产成本，且存在报废的风险，必须采用合适的方法进行解决。

工程上比较常用的方法是反变形法，通过分析焊件施焊后可能产生变形的方向和大小，在焊接前使被焊件发生大小相同、方向相反的变形，以抵消或补偿焊后发生的变形，以达到防止焊后变形的目的。此措施可以有效解决角变形和弯曲变形等焊接变形问题。反变形法最重要的参数为反变形量，传统的方法是借助经验或试制，确定合适的反变形量。

但是，这种方法虽然可行，但是精度较差，不能实现完全抵消或补偿变形，而且受焊接过程中的不同焊接参数（焊接过程中设备是否暂停运行、设备施焊属性是否发生变化、是否存在人为误差等引起焊接参数变化）的影响，焊接变形也存在一定的不确定性，需要一种更精确的焊接反变形监测控制方案，确保焊后工件的尺寸满足要求。

因此，现阶段需设计一种焊接反变形监测控制系统、方法及存储介质，来解决以上问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种焊接反变形监测控制系统、方法及存储介质，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，传统的反变形法虽然可行，但是精度较差，不能实现完全抵消或补偿变形，而且受焊接过程中的不同焊接参数的影响，焊接变形也存在一定的不确定性，需要一种更精确的焊接反变形监测控制方案，确保焊后工件的尺寸满足要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种焊接反变形监测控制系统，包括焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置、主控制装置；所述主控制装置分别与所述焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置连接；

所述焊件图像采集装置用于实时采集焊接过程中焊件的图像信息，记为实时焊件图像信息；

所述计时装置用于记录整个焊接过程的时序信息；

所述尺寸检测分析装置用于根据所述时序信息检测所述实时焊件图像信息，得到焊件的尺寸信息，记为实时焊件尺寸信息；

所述反变形过程检测装置用于以所述时序信息为基准，将所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息进行点对点的对比分析，若二者不匹配，则进一步判断所述实时焊件尺寸信息与所述预设焊件尺寸信息之间的偏移量；

所述焊接调节装置用于根据所述偏移量对焊接过程进行调节。

进一步的，所述主控制装置控制所述图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置常开，控制所述焊接调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置判断出所述偏移量时，所述主控制装置判断所述偏移量是否符合所述焊接调节装置的调节范围，若符合，则所述主控制装置控制所述焊接调节装置开启，否则，所述主控制装置发出焊接过程不可调节的异常报警。

进一步的，还包括厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置；所述主控制装置分别与所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置连接；

所述厂房亮度检测装置用于检测焊接厂房内焊接过程所在区域的实时亮度数据；

所述厂房亮度调节装置用于调节焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度；

其中，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置对比分析出所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息不匹配时，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置开启；

若所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据不匹配，则所述主控制装置控制所述厂房亮度调节装置开启；

所述厂房亮度调节装置将焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度调节至获取预设焊件尺寸信息时的亮度。

进一步的，若所述焊件图像采集装置固定安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像角度检测装置，所述摄像角度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置开启；

所述摄像角度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度，并判断其是否符合预设摄像角度，所述预设摄像角度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

进一步的，若所述焊件图像采集装置可移动安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像位置检测装置，所述摄像位置检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置开启；

所述摄像位置检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头位置，并判断其是否符合预设摄像头位置，所述预设摄像头位置与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

进一步的，还包括镜片清洁度检测装置，所述镜片清洁度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置常闭；

当所述摄像角度检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度符合预设摄像角度、且所述所述摄像位置检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头位置符合预设摄像头位置时，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置开启；

所述镜片清洁度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头镜片的清洁度，并判断其是否符合预设清洁度，所述预设清洁度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配适配。

一种焊接反变形监测控制方法，采用如上述的一种焊接反变形监测控制系统进行焊接反变形监测控制。

一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的一种焊接反变形监测控制方法。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案其中一个有益效果在于，通过实时监测，实时调控，有效确定并控制了反变形过程中的焊接变形量，减少了材料报废的风险，节约了生产成本，提高了产品性能，对产品的可靠性运行提供了保障。焊件通过预先反变形及各检测装置、调节装置的配合，可监测变形量是否在反变形计算内，主控制装置通过可数据显示装置对焊接变形情况进行可视化，使得焊接变形存在合理的监控和检验，不会出现不符合质量标准的焊件被生产出来，避免造成大量损失。通过焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置之间的配合，即使反变形过程受焊接过程中的不同焊接参数的影响，也能够确定反变形过程的进展是否顺利，保障焊接变形的确定性，减少材料报废的风险，节约生产成本，提高产品效率。并且，焊接调节装置常闭，反变形过程出现异常时再开启，可避免长时间待机，降低能耗。并进一步根据焊接调节装置的调节能力，将反变形过程中焊件尺寸偏移量进行细分，避免焊件尺寸偏移量超出其调节能力，导致焊接调节装置无效动作。

附图说明

图1为本方案实施方式的其中一种系统结构示意图；

图2为本方案实施方式的其中一种系统工作原理流程示意图；

图3为本方案实施方式的其中一种系统优化结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

针对横向限制件焊接的反变形法，提出一种焊接反变形监测控制系统，解决了利用现有的反变形工艺成形（步骤一：基于材质、规格、焊接方法等预设横向限制件的焊接反变形量及焊接道次；步骤二：将两焊件进行点焊固定；步骤三：进行调试，调试通过后开始焊接成形；步骤四：焊接过程中，实时调控，焊接结束成形出尺寸满足的焊件产品等）的焊件变形不能确保完全抵消或补偿、不能及时监测到反变形工艺过程中出现异常的问题。减少了材料报废的风险，节约了生产成本，提高了产品效率，对产品在工程上使用的可靠性提供了保障。

如图1所示，一种焊接反变形监测控制系统，包括焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置、主控制装置；所述主控制装置分别与所述焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置连接；

所述焊件图像采集装置用于实时采集焊接过程中焊件的图像信息，记为实时焊件图像信息；

所述计时装置用于记录整个焊接过程的时序信息；

所述尺寸检测分析装置用于根据所述时序信息检测所述实时焊件图像信息，得到焊件的尺寸信息，记为实时焊件尺寸信息；

所述反变形过程检测装置用于以所述时序信息为基准，将所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息进行点对点的对比分析（即，以时序信息为基准，每一个时序点对应的实际焊件尺寸与相同时序点对应的预设焊件尺寸进行对比分析），若二者不匹配，则进一步判断所述实时焊件尺寸信息与所述预设焊件尺寸信息之间的偏移量；

所述焊接调节装置用于根据所述偏移量对焊接过程进行调节。

上述方案中，通过实时监测，实时调控，有效确定并控制了反变形过程中的焊接变形量，减少了材料报废的风险，节约了生产成本，提高了产品性能，对产品的可靠性运行提供了保障。焊件通过预先反变形及各检测装置、调节装置的配合，可监测变形量是否在反变形计算内，主控制装置通过可数据显示装置对焊接变形情况进行可视化，使得焊接变形存在合理的监控和检验，不会出现不符合质量标准的焊件被生产出来，避免造成大量损失。

如图2所示，进一步的，所述主控制装置控制所述图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置常开，控制所述焊接调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置判断出所述偏移量时，所述主控制装置判断所述偏移量是否符合所述焊接调节装置的调节范围，若符合，则所述主控制装置控制所述焊接调节装置开启，否则，所述主控制装置发出焊接过程不可调节的异常报警。

上述方案中，通过焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置之间的配合，即使反变形过程受焊接过程中的不同焊接参数的影响，也能够确定反变形过程的进展是否顺利，保障焊接变形的确定性，减少材料报废的风险，节约生产成本，提高产品效率。并且，焊接调节装置常闭，反变形过程出现异常时再开启，可避免长时间待机，降低能耗。并进一步根据焊接调节装置的调节能力，将反变形过程中焊件尺寸偏移量进行细分，避免焊件尺寸偏移量超出其调节能力，导致焊接调节装置无效动作。

进一步的，还包括厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置；所述主控制装置分别与所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置连接；

所述厂房亮度检测装置用于检测焊接厂房内焊接过程所在区域的实时亮度数据；

所述厂房亮度调节装置用于调节焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度；

其中，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置对比分析出所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息不匹配时，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置开启；

若所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据不匹配，则所述主控制装置控制所述厂房亮度调节装置开启；

所述厂房亮度调节装置将焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度调节至获取预设焊件尺寸信息时的亮度。

上述方案中，由于焊接过程中图像采集受厂房环境亮度的影响较大，并且焊件图像采集装置是整个系统最关键的环节，若图像采集受到厂房亮度影响，有极大可能导致后续的尺寸判断出现误判。因此，当对比分析出所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息不匹配时，通过厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置的配合，可确定本次异常是否因为厂房亮度引起。并且，亮度检测环节由尺寸判断不匹配触发，而尺寸判断不匹配时，根据历史经验来看，因为厂房亮度因素引起以上判断的可能性是最大的，厂房照明情况收供电影响，供电负荷较大时往往会出现以上厂房亮度不足的情况。

进一步的，若所述焊件图像采集装置固定安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像角度检测装置，所述摄像角度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置开启；

所述摄像角度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度，并判断其是否符合预设摄像角度，所述预设摄像角度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

上述方案中，由于焊件图像采集装置固定安装，若其日常维护周期较长，则摄像头存在异常转动（受设备自身重力影响而向下转动、受工作人员的人为刮蹭而转动等）的风险，导致摄像角度出现偏差。因此，设计摄像角度检测装置对焊件图像采集装置摄像头的异常转动进行监测管控，可对反变形过程中焊件图像采集装置摄像角度异常进行快速异常定位，便于后续工作人员进行快速反应。摄像角度检测环节由厂房亮度检测的检测结果触发，从历史数据分析，摄像角度存在异常的可能性相对于厂房亮度存在异常的可能性更小。

进一步的，若所述焊件图像采集装置可移动安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像位置检测装置，所述摄像位置检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置开启；

所述摄像位置检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头位置，并判断其是否符合预设摄像头位置，所述预设摄像头位置与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

上述方案中，由于焊件图像采集装置可移动安装于焊接厂房内，如果反变形焊接时，焊件图像采集装置移动到目标位置后，其实际位置存在偏差，则也可能引起后续的尺寸判断出现误判。因此，设计摄像位置检测装置对焊件图像采集装置的位置异常进行监测管控，可对反变形过程中焊件图像采集装置位置异常进行快速异常定位，便于后续工作人员进行快速反应。摄像位置检测环节由厂房亮度检测的检测结果触发，从历史数据分析，摄像位置存在异常的可能性相对于厂房亮度存在异常的可能性更小。

如图3所示，进一步的，还包括镜片清洁度检测装置，所述镜片清洁度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置常闭；

当所述摄像角度检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度符合预设摄像角度、且所述所述摄像位置检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头位置符合预设摄像头位置时，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置开启；

所述镜片清洁度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头镜片的清洁度，并判断其是否符合预设清洁度，所述预设清洁度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配适配。

上述方案中，若摄像角度或摄像位置未发生异常，则触发镜片清洁度检测环节，因为焊件图像采集装置的摄像头镜片均进行了日常清洁，存在异常的可能性最小，但仍存在异常的可能性（如人为因素导致镜片上附着污物），因此该检测环节设计为最后触发的检测环节。若以上几种针对焊件图像采集装置的异常检测环节均未检测到异常，则主控制装置只能反馈至相关工作人员处，进行相应的整个系统的人共调试，从而实现异常定位。

一种焊接反变形监测控制方法，采用如上述的一种焊接反变形监测控制系统进行焊接反变形监测控制。

一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如上述的一种焊接反变形监测控制方法。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，包括焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置、主控制装置；所述主控制装置分别与所述焊件图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置、焊接调节装置连接；

所述焊件图像采集装置用于实时采集焊接过程中焊件的图像信息，记为实时焊件图像信息；

所述计时装置用于记录整个焊接过程的时序信息；

所述尺寸检测分析装置用于根据所述时序信息检测所述实时焊件图像信息，得到焊件的尺寸信息，记为实时焊件尺寸信息；

所述反变形过程检测装置用于以所述时序信息为基准，将所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息进行点对点的对比分析，若二者不匹配，则进一步判断所述实时焊件尺寸信息与所述预设焊件尺寸信息之间的偏移量；

所述焊接调节装置用于根据所述偏移量对焊接过程进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，所述主控制装置控制所述图像采集装置、计时装置、尺寸检测分析装置、反变形过程检测装置常开，控制所述焊接调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置判断出所述偏移量时，所述主控制装置判断所述偏移量是否符合所述焊接调节装置的调节范围，若符合，则所述主控制装置控制所述焊接调节装置开启，否则，所述主控制装置发出焊接过程不可调节的异常报警。

3.根据权利要求2所述的一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，还包括厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置；所述主控制装置分别与所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置连接；

所述厂房亮度检测装置用于检测焊接厂房内焊接过程所在区域的实时亮度数据；

所述厂房亮度调节装置用于调节焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度；

其中，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置、厂房亮度调节装置常闭；

当所述反变形过程检测装置对比分析出所述实时焊件尺寸信息与反变形过程中预设焊件尺寸信息不匹配时，所述主控制装置控制所述厂房亮度检测装置开启；

若所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据不匹配，则所述主控制装置控制所述厂房亮度调节装置开启；

所述厂房亮度调节装置将焊接厂房内焊接过程所在区域的亮度调节至获取预设焊件尺寸信息时的亮度。

4.根据权利要求3所述的一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，若所述焊件图像采集装置固定安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像角度检测装置，所述摄像角度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像角度检测装置开启；

所述摄像角度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度，并判断其是否符合预设摄像角度，所述预设摄像角度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

5.根据权利要求3所述的一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，若所述焊件图像采集装置可移动安装于焊接厂房内，所述焊接反变形监测控制系统还包括摄像位置检测装置，所述摄像位置检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置常闭；

当所述厂房亮度检测装置检测到的实时亮度数据与获取预设焊件尺寸信息时的亮度数据匹配，则所述主控制装置控制所述摄像位置检测装置开启；

所述摄像位置检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头位置，并判断其是否符合预设摄像头位置，所述预设摄像头位置与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

6.根据权利要求5所述的一种焊接反变形监测控制系统，其特征在于，还包括镜片清洁度检测装置，所述镜片清洁度检测装置与所述主控制装置连接；

其中，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置常闭；

当所述摄像角度检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头的摄像角度符合预设摄像角度、且所述摄像位置检测装置判断所述焊件图像采集装置的摄像头位置符合预设摄像头位置时，所述主控制装置控制所述镜片清洁度检测装置开启；

所述镜片清洁度检测装置用于检测所述焊件图像采集装置的摄像头镜片的清洁度，并判断其是否符合预设清洁度，所述预设清洁度与反变形过程中预设焊件尺寸信息适配。

7.一种焊接反变形监测控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的一种焊接反变形监测控制系统进行焊接反变形监测控制。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被运行时执行如权利要求7所述的一种焊接反变形监测控制方法。

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