CN203696233U - 一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统，用于三维T型焊缝的跟踪控制，该系统包括人机交互接口，双光束焊接控制器，驱动放大单元，二个焊缝跟踪传感器，以及焊缝跟踪控制接口；双光束焊接运动控制器用于完成焊接运动控制，其发出的焊接运动信号，经过驱动放大单元放大后，控制弧板以正确姿态运动，弧板左右两侧十字滑台上安装有激光焊接头，将分光得到的相同参数的两束激光同时打向三维T型焊缝的两侧，实现双光束激光焊接控制；焊缝跟踪传感器在双光束激光焊接的同时，从其视觉区域实时检测焊缝位置是否有偏差，并将检测信号传送给焊缝跟踪控制接口，由其处理后反馈给双光束激光焊接控制器，以实现焊接偏差修正，提高焊接精度。

Description

一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统

技术领域

本实用新型涉及数控机床焊接领域，确切的说是指一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统。

背景技术

焊接工程在制造业中占有重要的地位，它是仅次于机械制造业中的装配和切削加工的第三大工程。

航空、汽车制造及造船等行业的筋壁板通常采用T型接头结构，T型接头的激光焊接质量和效率直接影响了这些行业的发展速度和激光焊接技术的应用推广。一般无约束情况下，高强铝合金T型接头结构采用激光焊接时容易出现变形、气孔、裂纹和焊缝成形等问题，复杂三维T型焊缝还存在加工路径难以确定，路径拟合精度低，变形量大等问题。

目前，实现T形焊缝焊接的设备存在严重不足：①三维T形焊缝复杂多变，难以加工，现在大多为机器人带动激光焊接头进行焊接，机器人对三维路径加工精度低，拟合性差，加工困难，这是机器人系统的固有缺陷，此缺陷对高精度的三维复杂T型焊缝则更加凸显②对T型焊缝一般先焊接T形缝的一侧，再焊接另外一侧。这种加工方法造成两个缺点，一是重复两次加工，重复性误差不可避免；二是先焊接一侧，已经产生由焊件温度变化带来的焊接变形，再焊接另外一侧时焊接路径已发生变化，使另外一侧的焊接精度降低，工艺性变差，从根本上创新焊接控制系统已成为不可回避的问题；③在实际生产中，由于工件的加工、安装误差，以及工件的热变形等，往往使示教路径偏离焊缝，对于高精度三维复杂T型焊缝，即使微小的应力变形都有可能对焊接精度产生影响，难以满足高质量焊接的要求，寻找新颖的检测方法就颇具意义。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统，目的在于对三维T形焊缝尤其是难以加工的复杂三维T形焊缝，提高加工效率，改善工艺性，并且减少由于路径误差、热变形、安装误差等引起的各种焊接误差，提高焊接精度。

本实用新型提供的一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统，用于三维T型焊缝的跟踪控制，其特征在于，该系统包括人机交互接口，双光束焊接控制器，驱动放大单元，第一焊缝跟踪传感器、第二焊缝跟踪传感器，以及焊缝跟踪控制接口；

人机交互接口与双光束焊接控制器电信号连接，双光束焊接控制器与驱动放大单元电信号连接；第一、第二焊缝跟踪传感器分别安装在二个十字滑台上，第一、第二焊缝跟踪传感器均通过焊缝跟踪控制接口与双光束焊接控制器电信号连接；所述驱动放大单元用于驱动弧板和二个十字滑台运动；

双光束焊接运动控制器用于完成焊接运动控制，其发出的焊接运动信号，经过驱动放大单元放大后，控制弧板以正确姿态运动，弧板左右两侧十字滑台上安装有激光焊接头，激光焊接头将分光得到的相同参数的两束激光同时打向三维T型焊缝的两侧，实现双光束激光焊接控制；两侧十字滑台上的第一、第二焊缝跟踪传感器在双光束激光焊接的同时，从其视觉区域实时检测焊缝位置是否有偏差，并将检测信号传送给焊缝跟踪控制接口；

焊缝跟踪控制接口将该检测信号整定为模拟量信号，并将其反馈给双光束激光焊接控制器；双光束激光焊接控制器根据接受的模拟量信号判断激光束是否偏离焊缝，并在出现偏差时产生两路偏差量信号，再将两路偏差量信号做PID整定后形成焊接偏差修正信号，修正对驱动放大单元的焊接运动信号，最后，经过修正的焊接运动信号经过驱动放大单元放大后，改变二个十字滑台的焊接运动，完成焊接偏差修正。

本实用新型可以对三维T形焊缝，完成双光束激光焊接，并在实现焊接的同时实现对焊缝的跟踪控制。本实用新型通过高度集成的双光束焊接控制器同时控制特有的双十字滑台结构，创造性的使两束激光以同样的参数打在T型焊缝两侧。这种基于创造性焊接方法的焊接控制系统，一次加工完成两侧焊接，既避免了重复定位，又能减小焊接变形。通过新颖使用基于视觉原理的焊缝跟踪传感器，实时将焊接偏差反馈给激光焊接控制器，闭环修正了由于路径误差、热变形、安装误差引起的微小误差，提高了焊接质量，这种双边跟踪策略是将视觉传感器技术创造性的应用于双光束激光焊接控制系统上，改变了以往陈旧的焊接工艺，提高了焊接精度。

附图说明

图1是本实用新型的双光束焊接焊缝跟踪控制系统整体框架图。

图2是本实用新型的双光束焊接前端结构示意图。

图3是本实用新型的双光束焊接跟踪控制流程图。

具体实施方式

对于三维T型焊缝，采用激光焊接的加工困难，工艺性差。因为激光焊接大多为机器人带动激光焊接头进行焊接，机器人对三维路径加工精度低，拟合性差，加工困难，这是机器人系统的固有缺陷，此缺陷对高精度的三维复杂T型焊缝则更加明显。并且机器人只能固定的焊接T形焊缝的一侧，两侧焊接则需要两台机器人加工，两台不同的机器人就不能控制T型焊缝两侧加工参数相同，造成焊接工艺的不确定性。

目前针对T型焊缝的加工工艺，普遍采用先用激光束打在焊缝一侧，使一边先焊接完成，再重新定位，加工另外一侧。这种加工方法造成两个缺点，一是重复两次加工，重复性误差不可避免，二是先焊接一侧，已经产生由焊件温度变化带来的焊接变形，再焊接另外一侧时焊接路径已发生变化，焊接完成后，另外一侧的焊接精度大大降低，工艺性极差。这两个焊接缺点是现在的焊接控制系统无法采用避免的。而本控制系统，通过高度集成的双光束焊接控制器同时控制特有的双十字滑台结构，创造性的使两束激光以同样的参数打在T型焊缝两侧。这种基于创新工艺的新型焊接控制系统，一次加工完成两侧焊接，既避免了重复定位，又能减小焊接变形。

针对三维T型焊缝的复杂结构，激光焊接能量大，引起的应力集中不可避免，对于高精度三维复杂T型焊缝，即使微小的应力变形都有可能对焊接精度产生影响。本实用新型在两边的焊接头上都安装焊缝跟踪传感器检测微小误差，形成闭环反馈，以提高焊接精度。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实例提供的一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统，包括人机交互接口1，双光束焊接控制器2，驱动放大单元3，第一、第二焊缝跟踪传感器6、7，以及焊缝跟踪控制接口8。

人机交互接口1与双光束焊接控制器2电信号连接，双光束焊接控制器2与驱动放大单元3电信号连接。

第一、第二焊缝跟踪传感器6、7均为视觉传感器，分别安装在第一、第二十字滑台4、5上，第一、第二焊缝跟踪传感器6、7通过焊缝跟踪控制接口8与双光束焊接控制器2电信号连接。

人机交互接口1负责人机交互界面显示的管理、控制系统状态的实时监控、对用户输入的参数进行响应与处理等工作，例如系统状态显示、图形显示、参数输入、运动程序编程等。

双光束焊接控制器2集成数字信号和模拟信号的响应、底层的双光束焊接运动控制环节等功能，包括焊接启停、位置和速度控制等。

所述驱动放大单元3用于驱动十字滑台4、5运动。

人机交互接口1和双光束焊接控制器2基于以太网通信协议，通过网线连接进行通信。双光束焊接运动控制器2发出的焊接运动信号，经过驱动放大单元3的放大后，驱动十字滑台4、5运动。

如图2所示，两个十字滑台4、5根据工艺要求按照一定角度、一定距离安装在弧板14上，具体来说：(1)双光束激光焊接的两条激光束均位于三维焊缝曲线的法平面内；(2)两条激光束与T型焊缝所在底板成一定30°左右角度；(3)两束焊接激光的焦点严格落在两侧三维焊缝的中心位置。在焊接运动时，双光束焊接控制器2控制安装弧板14以正确的姿态进行焊接运动，两个十字滑台4、5上固联的焊接头9、10发出激光束，分别打在三维T形焊缝11的左右两条焊缝上，实现左右焊缝的双光束同时焊接的控制。

焊缝跟踪传感器6、7随十字滑台4、5一起运动，在双光束焊接的同时从其视觉区域12实时的检测焊缝位置，并将检测信号传送给焊缝跟踪控制接口8。

如图3所示，在双光束激光焊接时，由于工件安装误差、热变形导致的焊接路径偏差，可按照图3所示的流程进行焊接时的焊缝跟踪。双光束焊接时，当两个焊缝跟踪传感器6、7实时检测焊缝位置，并把检测信号发送给焊缝跟踪控制接口8，焊缝跟踪控制接口8将该检测信号整定为适用于双光束激光焊接控制器2的模拟量信号，并将其发送出去。双光束激光焊接控制器2接受模拟量信号并判断激光束是否偏离焊缝，一旦出现可控的微小偏差，双光束激光焊接控制器2便产生两路偏差量信号，之后将偏差量信号做PID整定后形成焊接偏差修正信号修正对驱动放大单元3的焊接运动信号，最后，经过修正的焊接运动信号经过放大后，改变双光束十字滑台4、5的焊接运动，完成焊接偏差修正。

如图3所示，根据此焊接流程，双光束激光焊接及其焊缝跟踪最终形成闭环控制，并且此闭环控制在焊接过程中实时进行，即实时检测、实时判断、实时调整，最终由实时的闭环控制确保了双光束激光焊接的效率和精度。

本双光束激光焊接及其焊缝跟踪对三维T形焊缝，采用高效的双光束激光焊接控制，改变了以往只能先焊接一边，再焊接另外一边的陈旧工艺，并且双光束同时焊接保证了两侧参数的同步性，大大提高焊接双边焊接的可控性。对于三维T型焊缝高速高精的要求，相比于一般最高速度4-5米／分钟的速度，本控制系统实现最大的跟踪速度可以达到9米／分钟。将视觉传感器应用于双光束焊接的双路跟踪控制，大大提高了微小焊缝的焊接检测精度，

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (2)

1.一种双光束焊接焊缝跟踪控制系统，用于三维T型焊缝的跟踪控制，其特征在于，该系统包括人机交互接口，双光束焊接控制器，驱动放大单元，第一焊缝跟踪传感器、第二焊缝跟踪传感器，以及焊缝跟踪控制接口；

人机交互接口与双光束焊接控制器电信号连接，双光束焊接控制器与驱动放大单元电信号连接；第一、第二焊缝跟踪传感器分别安装在二个十字滑台上，第一、第二焊缝跟踪传感器均通过焊缝跟踪控制接口与双光束焊接控制器电信号连接；所述驱动放大单元用于驱动弧板和二个十字滑台运动；

双光束焊接运动控制器用于完成焊接运动控制，其发出的焊接运动信号，经过驱动放大单元放大后，控制弧板以正确姿态运动，弧板左右两侧十字滑台上安装有激光焊接头，激光焊接头将分光得到的相同参数的两束激光同时打向三维T型焊缝的两侧，实现双光束激光焊接控制；两侧十字滑台上的第一、第二焊缝跟踪传感器在双光束激光焊接的同时，从其视觉区域实时检测焊缝位置是否有偏差，并将检测信号传送给焊缝跟踪控制接口：

焊缝跟踪控制接口将该检测信号整定为模拟量信号，并将其反馈给双光束激光焊接控制器；双光束激光焊接控制器根据接受的模拟量信号判断激光束是否偏离焊缝，并在出现偏差时产生两路偏差量信号，再将两路偏差量信号做PID整定后形成焊接偏差修正信号，修正对驱动放大单元的焊接运动信号，最后，经过修正的焊接运动信号经过驱动放大单元放大后，改变二个十字滑台的焊接运动，完成焊接偏差修正。

2.根据权利要求1所述的双光束焊接焊缝跟踪控制系统，其特征在于，第一焊缝跟踪传感器和第二焊缝跟踪传感器均为视觉传感器。