CN115922165A - 基于温度变化的焊接补偿控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，具体为一种基于温度变化的焊接补偿控制系统，补偿分为两个阶段，一是焊接前根据环境温度或待焊工件温度，来确定初始焊接的电流；二是在焊接过程中，根据待焊工件温度变化来实时调整焊接电流的大小，针对焊接效果受温度影响较大的场合，如昼夜温差大、焊接状态对电流波动敏感的场合，实现根据温度的变化来自动调节焊接电流的大小，进而降低温度变化对焊接效果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种基于温度变化的焊接补偿控制系统。
背景技术
随着自动焊接技术的发展，焊接领域逐渐摆脱了完全依赖于人工的局面，企业为了提高焊接效率和焊接质量，而更多的采用自动焊接设备，如焊接专机、焊接机器人等。
自动焊接时往往需要提前设计好焊接规范，在批量化的生成过程中，人工很少干预机器的运行。但是，焊接的好坏不仅仅取决于自动焊接设备自身的电流、电压等因素，还容易受到环境温度的影响，尤其是铝材料的焊接受到环境温度的影响较大；一天当中的环境温差存在较大变化，清晨的焊接规范往往不适用于中午；因此，铝焊接的工作车间内往往会通过安装空调来调节温度，减少温度波动；然而，由于工作车间的空间通常较大，因此工作车间内需要安装多台空调，并且每台空调的能耗均较高，增加了生产成本。
发明内容
针对上述问题，本发明实施例提供了一种基于温度变化的焊接补偿控制系统。
本发明实施的一方面，提供了一种基于温度变化的焊接补偿控制系统，包括上位机、自动焊接设备以及温度传感器；
焊接前，温度传感器检测待焊工件温度或环境温度作为焊前温度，将焊前温度发送至上位机；
上位机接收到焊前温度后，根据焊前温度查找焊接规范，得到用于焊接待焊工件的初始电流，并将初始电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到初始电流后，按照初始电流进行电流调整并开始对待焊工件进行焊接；
焊接过程中，温度传感器实时检测待焊工件的温度作为焊接温度，并将焊接温度发送至上位机；
上位机接收到焊接温度后，确定焊接过程中待焊工件的温度变化值，基于焊接电流与温度变化值负相关原理确定调整后的焊接电流，并将调整后的焊接电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到调整后的焊接电流后，按照调整后的焊接电流进行电流调整并继续对待焊工件进行焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：补偿分为两个阶段，一是焊接前根据环境温度或待焊工件温度，来确定初始焊接的电流；二是在焊接过程中，根据待焊工件温度变化来实时调整焊接电流的大小，针对焊接效果受温度影响较大的场合，如昼夜温差大、焊接状态对电流波动敏感的场合，实现根据温度的变化来自动调节焊接电流的大小，进而降低温度变化对焊接效果的影响。
可选的，基于焊接电流与温度变化值负相关原理确定调整后的焊接电流的过程，包括：
利用以下表达式确定调整后的焊接电流：
I1＝I0+k(T1-T0)
其中，I1表示调整后的焊接电流，I0表示上一检测周期对应的焊接电流，k表示预定系数为负值，T1表示当前检测周期检测到的焊接温度，T0表示上一检测周期检测到的焊接温度。
可选的，温度传感器采用接触式温度传感器，且待焊工件上每条焊缝附近设置一个接触式温度传感器；
焊接前，自动焊接设备识别待焊工件上的焊缝数量和位置以及每个焊缝附近接触式温度传感器的位置，并为每条焊缝及该焊缝附近的接触式温度传感器分配一标识，同时将所分配的标识发送至上位机；
焊接开始时，自动焊接设备将即将进行焊接操作的焊缝的标识发送至上位机，上位机接收到标识后，基于所接收到的标识确定标识对应目标接触式温度传感器有效，并在焊接过程中利用所确定目标接触式温度传感器检测到的焊接温度调整焊接电流。
可选的，温度传感器采用红外温度传感器，自动焊接设备周围设置有多轴移动平台，红外温度传感器设置在多轴移动平台上；
焊接前，自动焊接设备识别待焊工件上的焊缝数量和位置；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及红外温度传感器的位置，同时通过多轴移动平台将红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近。
可选的，红外温度传感器的数量为多个；
焊接前，自动焊接设备为每一个红外温度传感器分配一标识，并将所分配的标识发送至上位机；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及选取一能够移动至距离该焊缝最近位置的红外温度传感器作为目标红外温度传感器，通过多轴移动平台将目标红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近，同时将目标红外温度传感器的标识发送至上位机；
上位机接收到标识后，基于所接收到的标识确定对应目标红外温度传感器有效，并在焊接过程中利用目标红外温度传感器检测到的焊接温度调整焊接电流。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种基于温度变化的焊接补偿控制系统的补偿过程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种接触式温度传感器的布置位置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种红外温度传感器的布置位置示意图
图4为本发明实施例提供的一种红外温度传感器安装结构示意图一；
图5为本发明实施例提供的一种红外温度传感器安装结构示意图二。
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，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见图1，本发明提供的基于温度变化的焊接补偿控制系统，包括上位机、自动焊接设备以及温度传感器；
焊接前，温度传感器检测待焊工件温度或环境温度作为焊前温度，将焊前温度发送至上位机；
上位机接收到焊前温度后，根据焊前温度查找焊接规范，得到用于焊接待焊工件的初始电流，并将初始电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到初始电流后，按照初始电流进行电流调整并开始对待焊工件进行焊接；
焊接过程中，温度传感器实时检测待焊工件的温度作为焊接温度，并将焊接温度发送至上位机；
上位机接收到焊接温度后，确定焊接过程中待焊工件的温度变化值，基于焊接电流与温度变化值负相关原理确定调整后的焊接电流，并将调整后的焊接电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到调整后的焊接电流后，按照调整后的焊接电流进行电流调整并继续对待焊工件进行焊接。
实施中，自动焊接设备包括但不限于焊接机器人、焊接专机等；温度传感器包括但不限于普通温湿度传感器、红外温度传感器、热电偶等温度传感器；上位机包括但不限于工业电脑、PLC、IOT单元、移动终端等；上位机作为控制中心用于温度传感器检测信息的读取，以及向自动焊接设备传输电流补偿值；上位机与温度传感器以及自动焊接设备间的通讯方式可采用Modbus/TCP、Modbus/RTU等。
补偿分为两个阶段：一是焊接前的补偿，二是焊接中的补偿；焊接前的补偿：通过温度传感器检测待焊工件温度或环境温度后，上位机可通过查找焊接规范来确定焊接的初始电流，焊接规范即预先根据待焊工件的特点设置的不同温度下对应不同初始电流的规范，可预先存储在上位机中；
焊接中的补偿：由于工件在焊接过程中的温度会逐渐升高，焊接起始点的初始电流，可能会不适应于之后的焊接情况，因此在焊接过程中可以根据工件的温度变化情况来自动调节焊接电流大小，调整过程中，焊接电流与温度变化值负相关，具体的计算公式如下：
I1＝I0+k(T1-T0)
其中，I1表示调整后的焊接电流，I0表示上一检测周期对应的焊接电流，k表示预定系数为负值，可以取-0.5，T1表示当前检测周期检测到的焊接温度，T0表示上一检测周期检测到的焊接温度；检测周期即为相邻两次检测之间的间隔时长，可以根据需要进行设定，如检测周期为1秒时，即每间隔1秒检测一次待焊工件的温度并根据温度变化来调整焊接电流。
实施中，温度传感器可以采用接触式温度传感器，并且当焊缝位置较多，某一点焊缝的温度无法代表下一焊缝位置温度的情况下，可以针对每条焊缝设置一个接触式温度传感器，如图2所示，工件1上有四条焊缝，分别计为第一焊缝2、第二焊缝3、第三焊缝4和第四焊缝5，相应的，每条焊缝对应一个接触式温度传感器，分别计为第一接触式温度传感器6、第二接触式温度传感器7、第三接触式温度传感器8以及第四接触式温度传感器9，接触式温度传感器与焊缝之间的垂直距离不大于20cm；为了区别每条焊缝以及每条焊缝进行焊接操作时使用哪个接触式温度传感器的检测值，焊接前，自动焊接设备可识别待焊工件上的焊缝数量和位置以及每个焊缝附近接触式温度传感器的位置，并为每条焊缝及该焊缝附近的接触式温度传感器分配统一标识，比如分配标识GI＝1，表示第一焊缝2及其对应的第一接触式传感器6的标识，同时将所分配的标识发送至上位机，上位机将各个标识与各个接触式温度传感器一一对应；
相应的，在焊接开始时，自动焊接设备将即将进行焊接操作的焊缝的标识发送至上位机，上位机接收到标识后，基于所接收到的标识确定对应目标接触式温度传感器有效，并在焊接过程中利用所确定目标接触式温度传感器检测到的焊接温度调整焊接电流，比如在焊接开始时，自动焊接设备将GI＝1发送至上位机，上位机则可以确定即将对第一焊缝2进行焊接操作，同时使用第一接触式温度传感器6的检测值来进行焊接电流的调整；第一焊缝2焊接完成后，自动焊接设备按照焊接工序将下一焊缝的标识发送上位机，上位机接收到标识后则可确定需要切换至相应的传感器来进行焊接电流的调整。
实施中，温度传感器还可以采用非接触的红外温度传感器，设置时在自动焊接设备10周围设置多轴移动平台11，红外温度传感器12设置在多轴移动平台11上，如图3所示，可以在自动焊接设备10上方设置多轴移动平台11的移动轨道，多轴移动平台11通过移动轨道可在自动焊接设备10周围变换位置，红外温度传感器12在设置时可通过底部转动设置在多轴移动平台11上的摆臂完成安装，红外温度传感器12可跟随摆臂旋转和摆动，具体驱动结构可采用常规构造在此不再赘述；
焊接前，自动焊接设备识别待焊工件上的焊缝数量和位置；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及红外温度传感器的位置，同时通过多轴移动平台将红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近从而在焊接过程中检测焊缝位置的温度变化；同时在焊接过程中，可通过多轴移动平台来实时控制红外温度传感器来跟随自动焊接设备的焊炬进行移动。
为了防止设置一个红外温度传感器可能出现检测死角或红外温度传感器出现故障无法进行检测的情况，可以选用多个红外温度传感器，焊接前，自动焊接设备为每一个红外温度传感器分配一标识，并将所分配的标识发送至上位机，上位机将各个标识与各个红外温度传感器一一对应；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及选取一能够移动至距离该焊缝最近位置的红外温度传感器作为目标红外温度传感器，比如可根据移动轨道的分布建立平面坐标系，在平面坐标系中确定焊缝的坐标以及各个红外温度传感器的坐标，结合各个多轴移动平台在移动轨道上的移动轨迹选取一能够移动至该焊缝位置的红外温度传感器作为目标红外温度传感器，如选取移动至上述最近位置时移动距离最短的红外温度传感器，通过多轴移动平台将目标红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近，同时将目标红外温度传感器的标识发送至上位机；
上位机接收到标识后，基于所接收到的标识确定对应目标红外温度传感器有效，并在焊接过程中利用目标红外温度传感器检测到的焊接温度调整焊接电流。
实施中，还可以选取两个目标红外温度传感器用于同时检测焊缝位置温度，两个目标红外温度传感器处于移动轨道的不同位置，同时对焊缝位置的温度进行检测，相应的上位机可利用两个目标红外温度传感器检测的温度值进行焊接电流调整，如取两个目标红外温度传感器检测的温度值的平均值作为调整焊接电流的依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非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作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于温度变化的焊接补偿控制系统，包括上位机、自动焊接设备以及温度传感器；其特征在于，
焊接前，温度传感器检测待焊工件温度或环境温度作为焊前温度，将焊前温度发送至上位机；
上位机接收到焊前温度后，根据焊前温度查找焊接规范，得到用于焊接待焊工件的初始电流，并将初始电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到初始电流后，按照初始电流进行电流调整并开始对待焊工件进行焊接；
焊接过程中，温度传感器实时检测待焊工件的温度作为焊接温度，并将焊接温度发送至上位机；
上位机接收到焊接温度后，确定焊接过程中待焊工件的温度变化值，基于焊接电流与温度变化值负相关原理确定调整后的焊接电流，并将调整后的焊接电流发送至自动焊接设备；
自动焊接设备接收到调整后的焊接电流后，按照调整后的焊接电流进行电流调整并继续对待焊工件进行焊接。
2.如权利要求1所述的基于温度变化的焊接补偿控制系统，其特征在于，基于焊接电流与温度变化值负相关原理确定调整后的焊接电流的过程，包括：
利用以下表达式确定调整后的焊接电流：
I1＝I0+k(T1-T0)
其中，I1表示调整后的焊接电流，I0表示上一检测周期对应的焊接电流，k表示预定系数为负值，T1表示当前检测周期检测到的焊接温度，T0表示上一检测周期检测到的焊接温度。
3.如权利要求1所述的基于温度变化的焊接补偿控制系统，其特征在于，温度传感器采用接触式温度传感器，且待焊工件上每条焊缝附近设置一个接触式温度传感器；
焊接前，自动焊接设备识别待焊工件上的焊缝数量和位置以及每个焊缝附近接触式温度传感器的位置，并为每条焊缝及该焊缝附近的接触式温度传感器分配一标识，同时将所分配的标识发送至上位机；
焊接开始时，自动焊接设备将即将进行焊接操作的焊缝的标识发送至上位机，上位机接收到标识后，基于所接收到的标识确定标识对应的目标接触式温度传感器有效，并在焊接过程中利用所确定目标接触式温度传感器检测到的焊接温度调整焊接电流。
4.如权利要求1所述的基于温度变化的焊接补偿控制系统，其特征在于，温度传感器采用红外温度传感器，自动焊接设备周围设置有多轴移动平台，红外温度传感器设置在多轴移动平台上；
焊接前，自动焊接设备识别待焊工件上的焊缝数量和位置；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及红外温度传感器的位置，同时通过多轴移动平台将红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近。
5.如权利要求4所述的基于温度变化的焊接补偿控制系统，其特征在于，红外温度传感器的数量为多个；
焊接前，自动焊接设备为每一个红外温度传感器分配一标识，并将所分配的标识发送至上位机；
焊接开始时，自动焊接设备确定即将进行焊接操作的焊缝的位置以及选取一能够移动至距离该焊缝最近位置的红外温度传感器作为目标红外温度传感器，通过多轴移动平台将目标红外温度传感器移动至即将进行焊接操作的焊缝附近，同时将目标红外温度传感器的标识发送至上位机；
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