CN116727914A - 一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，基于焊接事件检测的原理，通过实时检测焊缝起始点和终止点的电流及保护气流速情况，并通过对应比例阀进行气流控制。本发明提供了一种短焊缝场景下的保护气控制方法，针对高频出现的短焊缝给出更加合理的控制方法，使其更加适应集中短焊缝的焊接场景，当短焊缝焊接频率较高时无需频繁调整比例阀，可以在保证焊接质量的前提下，兼顾保护气节省和比例阀使用寿命。

Description

一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法

技术领域

本发明属于智慧焊接技术领域，特别涉及一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法。

背景技术

现代化焊接作业过程中，机器人焊接以其大规模，高产量，高精度的优势已经占据了制造业的主力地位。机器人焊接可以轻松完成大量重复精准的短焊缝焊接作业，这是手工焊接无法实现的。机器人焊接现场的高用气量也使得企业大规模采用管道供气作为焊接保护气的主要来源。相对于手工焊接粗放的保护气使用方法，管道供气的规模化和机器人焊接的智能化为焊接保护气的用量控制提供了基础。现有技术中也出现了基于实际焊接动作进行保护气用量调整的相关技术方案。

针对机器人焊接过程中出现大量密集短焊缝时，采用现有控制方法，则会出现比例阀需要长时间频繁控制的问题，这样的控制方法不仅会大幅度降低比例阀的使用寿命，在高频短焊缝焊接场景下并不能获得太好的保护气节省效果。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，基于焊接事件检测的原理，通过实时检测焊缝起始点和终止点的电流及保护气流速情况，并通过对应比例阀进行气流控制。

技术方案：一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过传感器实时接收焊接过程中的电流及保护气流速数据，并基于焊接电流数据进行焊接动作实时检测，捕捉焊接动作的起始点和终止点；

步骤S2、分别基于捕捉的焊接动作进行气流控制；当焊接动作开始时，通过控制比例阀调节保护气流速至预设阈值；当捕捉到焊接动作结束位置时，基于后续焊接电流进一步判断是否需要调节比例阀。

进一步地，所述步骤S1中捕捉焊接动作的起始点和终止点的具体步骤包括：

设置用于实时存储电流的集合current_list和实时存储保护气流速的集合gasspeed_list；基于current_list中的存储数据进行焊接动作捕捉：

步骤S1.1、焊接开始动作捕捉：

当current_list中的电流点个数达到3时，判断current_list中的最大电流值是否小于阈值th1，若最大电流值小于th1则代表当前未发生焊接，分别剔除current_list和gasspeed_list中的第一个数值，重复上述操作，继续执行动作捕捉；直至找到第一个超过th1的电流点，作为焊接动作的起始点；

步骤S1.2、焊接结束位置捕捉：

当焊接动作开始后，current_list持续存储电流点，当current_list中的电流点个数大于阈值th2时，判断current_list中最后两个电流点，当最后两个电流值均小于th1时，则认为焊接动作结束，以第一个小于th1的电流点作为焊接动作的结束点。

进一步地，基于捕捉的焊接动作进行保护气控制具体步骤包括：

步骤S2.1、当捕捉到焊接开始动作时，控制比例阀开合度，调整保护气流速至阈值fs_control；fs_control代表基于当前焊接工艺提前设置的气体流速数值，同时剔除current_list和gasspeed_list中对应的前两个数值；

步骤S2.2、设置用于接收后续焊接电流的窗口weld_interval_window和用于控制所述weld_interval_window开启的控制逻辑开关window_start；获取焊接结束位置后，window_start打开，weld_interval_window接收后续m个电流点数据；计算相邻2个电流数据的一阶差分值，当所有一阶差分值的最大值大于预设阈值th3时，则比例阀保持不变，持续供气；当所有一阶差分值的最大值均不超过th3时，则控制比例阀关闭，不再供气；执行完毕后，清空weld_interval_window中的电流值，并关闭window_start。

进一步地，所述步骤S1.2中，焊接动作结束后，分别保留current_list和gasspeed_list中最后两个值，用于后续下一段焊缝的检测。

本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：

本发明针对现有焊接管道供气控制方法在高频短焊缝场景下需要频繁控制比例阀的问题，通过设计新的补充测量及判断逻辑，使其更加适应集中短焊缝的焊接场景，当焊缝频率较高时无需频繁调整比例阀，可以在保证焊接质量的前提下，兼顾保护气节省和比例阀使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法流程图；

图2为现有保护气控制方法与实施例中控制方法的控制效果对比图。

实施方式

本发明提供了一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，基于焊接事件检测的原理，通过实时检测焊缝起始点和终止点的电流及保护气流速情况，并通过对应比例阀进行气流控制。在焊接过程中，存在高频断焊缝的焊接场景，此时若通过比例阀进行高精度的气流控制，则势必对控制灵敏度要求极高，同时长时间高频控制会使比例阀使用寿命大大缩短，本发明针对上述问题提供了一种短焊缝场景下的保护气控制方法，针对高频出现的短焊缝给出更加合理的控制方法，既能满足实际焊接过程中保护气用量的需求，又能减少比例阀的调节次数，延长使用寿命，同时还可实现节省保护气的实际效果。下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示的焊接保护气实时智能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过传感器实时接收焊接过程中的电流及保护气流速数据，并基于焊接电流数据进行焊接动作实时检测，捕捉焊接动作的起始点和终止点。具体地，

设置用于实时存储电流的集合current_list和实时存储保护气流速的集合gasspeed_list；基于current_list中的存储数据进行焊接动作捕捉：

步骤S1.1、焊接开始动作捕捉：

当current_list中的电流点个数达到3时，判断current_list中的最大电流值是否小于10A，若最大电流值小于10A则代表当前未发生焊接，分别剔除current_list和gasspeed_list中的第一个数值，重复上述操作，继续执行动作捕捉；

当current_list中前两个电流值均小于10A且第三个电流值大于10A时，以第三个电流点作为焊接动作的起始点。

步骤S1.2、焊接结束位置捕捉：

当焊接动作开始后，current_list持续存储电流点，当current_list中的电流点个数大于6时，判断current_list中最后两个电流点，当最后两个电流值均小于10A时，则认为焊接动作结束，以第一个小于10A的电流点作为焊接动作的结束点。

需要说明的是，步骤S1.1中电流判断个数可以是n个，只需逐个判断每个电流值是否超过10A，找到第一个超过10A的电流点即为焊接动作的起始点。步骤S1.1-步骤S1.2中10A均为预设阈值，可以根据实际情况进行调整。

步骤S2、基于捕捉的焊接动作进行气流控制；

步骤S2.1、当捕捉到焊接开始动作时，控制比例阀开合度，调整保护气流速至阈值fs_control；该阈值是用户基于当前焊接工艺提前设置的气体流速数值。同时剔除current_list和gasspeed_list中对应的前两个数值。

步骤S2.2、当捕捉到焊接结束位置后，持续检测后续电流，并针对后续焊接电流情况进行气流控制。本实施例中另外设置了用于接收后续焊接电流的窗口weld_interval_window及用于控制其开启的控制逻辑开关window_start。获取焊接结束位置后，window_start打开，weld_interval_window接收后续5个电流点数据。计算相邻2个电流数据的一阶差分值，当所有一阶差分值的最大值大于10时，则比例阀保持不变，持续供气。当所有一阶差分值的最大值均不超过10时，则控制比例阀关闭，不再供气。判断完毕后，清空weld_interval_window中的电流值，并关闭window_start。

在高频短焊缝焊接场景下，当上一个焊缝焊接完毕后，机器人会在极短时间内继续下一道焊缝作业，因此在两段焊缝作业期间应当持续供气，不下达比例阀控制指令。若在一段时间内电流均无明显变化，则认为当前焊接动作已结束，未紧跟下一道焊缝作业，为了避免保护气的浪费，应当及时控制比例阀关闭，等待下一次焊接作业。需要注意的是，上述步骤中根据实际情况可以调整weld_interval_window接受的电流数据长度和用于判断是否控制的一阶差分值阈值，进而调整模型的灵敏度，适应不同短焊缝作业频率。

步骤S3、步骤S1.2中捕捉到焊接结束位置后，对current_list和gasspeed_list进行数据清理，分别保留current_list和gasspeed_list中最后两个值，用于后续下一段焊缝的检测。

如图2所示为本发明提供的保护气智能控制方法效果图。可以看出，在高频短焊缝场景下，如果按照现有方法进行气体控制，需要向比例阀下达大量控制指令，控制比例阀高速开合，但实际气体波动幅度很小，这种控制方式既增加了比例阀的使用损耗，也没有得到理想的保护气节省效果。采用本发明使用的方法后，由焊接动作起始点开始控制气流上升，多个高频焊缝重叠时始终保持平稳放气，直至两段焊缝间隔超过一定时间后关气，等待下一次焊接动作检测。可以明显看出，本发明提供的控制方法使保护气流速更加均匀，在较少的比例阀控制次数内，确保保护气流速不影响正常焊接效率，同时兼顾节省保护气的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过传感器实时接收焊接过程中的电流及保护气流速数据，并基于焊接电流数据进行焊接动作实时检测，捕捉焊接动作的起始点和终止点；

步骤S2、分别基于捕捉的焊接动作进行气流控制；当焊接动作开始时，通过控制比例阀调节保护气流速至预设阈值；当捕捉到焊接动作结束位置时，基于后续焊接电流进一步判断是否需要调节比例阀。

2.根据权利要求1所述的一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，其特征在于，所述步骤S1中捕捉焊接动作的起始点和终止点的具体步骤包括：

设置用于实时存储电流的集合current_list和实时存储保护气流速的集合gasspeed_list；基于current_list中的存储数据进行焊接动作捕捉：

步骤S1.1、焊接开始动作捕捉：

当current_list中的电流点个数达到3时，判断current_list中的最大电流值是否小于阈值th1，若最大电流值小于th1则代表当前未发生焊接，分别剔除current_list和gasspeed_list中的第一个数值，重复上述操作，继续执行动作捕捉；直至找到第一个超过th1的电流点，作为焊接动作的起始点；

步骤S1.2、焊接结束位置捕捉：

当焊接动作开始后，current_list持续存储电流点，当current_list中的电流点个数大于阈值th2时，判断current_list中最后两个电流点，当最后两个电流值均小于th1时，则认为焊接动作结束，以第一个小于th1的电流点作为焊接动作的结束点。

3.根据权利要求2所述的一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，其特征在于，基于捕捉的焊接动作进行保护气控制具体步骤包括：

步骤S2.1、当捕捉到焊接开始动作时，控制比例阀开合度，调整保护气流速至阈值fs_control；fs_control代表基于当前焊接工艺提前设置的气体流速数值，同时剔除current_list和gasspeed_list中对应的前两个数值；

步骤S2.2、设置用于接收后续焊接电流的窗口weld_interval_window和用于控制所述weld_interval_window开启的控制逻辑开关window_start；获取焊接结束位置后，window_start打开，weld_interval_window接收后续m个电流点数据；计算相邻2个电流数据的一阶差分值，当所有一阶差分值的最大值大于预设阈值th3时，则比例阀保持不变，持续供气；当所有一阶差分值的最大值均不超过th3时，则控制比例阀关闭，不再供气；执行完毕后，清空weld_interval_window中的电流值，并关闭window_start。

4.根据权利要求3所述的一种短焊缝场景下焊接保护气实时智能控制方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，焊接动作结束后，分别保留current_list和gasspeed_list中最后两个值，用于后续下一段焊缝的检测。