CN215880426U - 焊接过程质量监测及控制终端及焊接监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种焊接过程质量监测及控制终端及焊接监测系统。终端包括：采样单元、总线单元、处理单元、显示单元、I/O执行单元、通讯单元和存储单元；总线单元、显示单元、I/O执行单元、通讯单元和存储单元分别与处理单元连接，采样单元与总线单元连接；采样单元对外提供多种传感器的接口，用于与监测焊机的多个传感器连接并实时采集焊接过程的焊接参数；总线单元用于将采用单元采集的焊接参数传输给处理单元；处理单元用于根据焊接参数判断是否有焊接质量问题，并根据焊接质量判断结果向焊接发出焊接动作的控制指令。实现提高焊接过程数据的传输及处理速度，并能够使焊接工位现场的操作人员及时发现焊接质量问题。

Description

焊接过程质量监测及控制终端及焊接监测系统

技术领域

本实用新型涉及焊接过程质量监测技术领域，更具体地，涉及一种焊接过程质量监测及控制终端及焊接监测系统。

背景技术

通过对焊接过程数据实时采集，可以用于对焊接过程质量进行实时判断。目前已有的焊接数据采集终端设备只能对焊接过程的参数进行采集，采集后的数据传输给上位机系统，由上位机系统对焊接数据进行处理。

现有的数据采集终端+上位机的焊接过程质量监测方法，会存在以下问题：

1)焊接数据分析需要基于高频数据，数据频率需要高达10kHz，采集终端和上位机通过通讯线传输，数据传输的速度难以满足实时性的要求；

2)上位机一般装在控制室，焊接工位上的操作人员看不到上位机专家系统处理结果，难以实现实时在线监测；

3)焊接现场环境恶劣，电焊机对电源线上的传导干扰比较大，普通的PC机在强干扰环境下工作容易受到干扰、工作不稳定，而且现场安装不方便；

4)焊接现场采集的数据比较多，有些焊接场合需要接入不同硬件接口的传感器和变送器，上位机无法直接和这些传感器及变送器连接。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种焊接过程质量监测及控制终端及焊接监测系统，实现提高焊接过程数据的传输及处理速度，并能够使焊接工位现场的操作人员及时发现焊接质量问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种焊接过程质量监测及控制终端，应用于焊接工位现场，所述终端包括：采样单元、总线单元、处理单元、显示单元、I/O执行单元、通讯单元和存储单元；

所述总线单元、所述显示单元、所述I/O执行单元、所述通讯单元和所述存储单元分别与所述处理单元连接，所述采样单元与所述总线单元连接；

所述采样单元对外提供多种传感器的接口，用于与监测焊机的多个传感器连接并实时采集焊接过程的焊接参数,所述采样单元的采集频率为0-10kHz；

所述总线单元用于将所述采用单元采集的所述焊接参数传输给所述处理单元；

所述处理单元用于根据所述焊接参数判断是否有焊接质量问题，并根据焊接质量判断结果向焊接发出焊接动作的控制指令，同时对所述焊接参数进行非实时的统计和分析并将原始采样的焊接参数和统计及分析数据进行存储；

所述显示单元用于实时显示所述焊接质量判断结果，并显示所述统计及分析数据；

所述I/O执行单元用于以I/O形式执行所述处理单元发出的所述控制指令，以对所述焊机的焊接动作进行控制；

所述通讯单元用于提供与所述焊机及上位机的通讯接口，以将所述处理单元发出的所述控制指令发送给所述焊机，或将所述焊接过程质量监测及控制终端的状态上传给所述上位机。

可选地，所述采样单元包括AD转换器和MCU协处理器，所述AD转换器用于将所述传感器上传的模拟信号转换为数字信号，所述MCU协处理器用于对传感器采集的焊接参数进行预处理。

可选地，所述总线单元包括LVDS串行板级互联总线。

可选地，所述处理单元包括MCU处理器。

可选地，所述通讯单元包括4G接口、5G接口、蓝牙接口、WIFI接口、以太网接口中的至少其中之一。

可选地，所述存储单元包括NANDFLASH存储器、SD卡、硬盘中的至少其中之一。

可选地，还包括保护壳，所述采样单元、所述总线单元、所述处理单元、所述I/O执行单元、所述通讯单元和所述存储单元设置于所述保护壳内，所述显示单元设置于所述保护壳上。

可选地，所述焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接气体流量。

本实用新型还提出一种焊接监测系统，包括以上所述焊接过程质量监测及控制终端。

可选地，还包括与所述焊接过程质量监测及控制终端连接的气体流量传感器、电流传感器、电压传感器、脉冲传感器；

所述焊接过程质量监测及控制终端设置于焊接工位现场，所述焊接过程质量监测及控制终端通过以太网与焊机和监控室内的上位机通信连接，所述焊接过程质量监测及控制终端用于所述向上位机传输所述焊机的实时状态，并将焊接质量问题实时传输给所述上位机；

所述气体流量传感器设置于所述焊机与焊接气体供气瓶之间的气体管路之间；

所述电流传感器和所述电压传感器设置于焊接工位上，所述电流传感器用于监测所述焊机的焊接电流并发送给所述焊接过程质量监测及控制终端，所述电压传感器用于监测所述焊机的焊接电压并发送给焊接过程质量监测及控制终端；

所述脉冲传感器设置于送丝机上，用于采集送丝机的送丝速度，并将采集的所述送丝机的送丝脉冲信号发送给所述焊接过程质量监测及控制终端。

本实用新型的有益效果在于：

通过在焊接过程质量监测及控制终端上集成采样单元、总线单元、处理单元、显示单元、I/O执行单元、通讯单元和存储单元，基于采样单元实现对焊接过程的焊接参数进行实时高频采样，同时提供多种传感器接口便于与多种传感器连接，通过处理单元根据焊接参数判断是否有焊接质量问题，并根据焊接质量判断结果向焊接发出焊接动作的控制指令，同时对焊接参数进行非实时的统计和分析并将原始采样的焊接参数和统计及分析数据进行存储，相较于现有技术，本实用新型的焊接过程质量监测及控制终端能够在采集终端内部即可完成对焊接质量的实时监控及控制，解决了现有技术中采集终端与上位机之间数据传输速度较慢导致的实时性差的问题，同时本实用新型的焊接过程质量监测及控制终端应用与焊接工位现场，能够使焊接工位上的操作人员实时看到焊接质量分析处理结果，可以实现焊接现场环境下的实时在线监测。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种焊接过程质量监测及控制终端的功能框图。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的一种焊接监测系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种焊接过程质量监测及控制终端的功能框图。

如图1所示，一种焊接过程质量监测及控制终端1，应用于焊接工位现场，终端包括：采样单元101、总线单元102、处理单元103、显示单元104、I/O执行单元105、通讯单元106和存储单元107；

总线单元102、显示单元104、I/O执行单元105、通讯单元106和存储单元107分别与处理单元103连接，采样单元101与总线单元102连接；

采样单元101对外提供多种传感器的接口，用于与监测焊机的多个传感器连接并实时采集焊接过程的焊接参数,采样单元101的采集频率为9-11kHz；

总线单元102用于将采用单元采集的焊接参数传输给处理单元103；

处理单元103用于根据焊接参数判断是否有焊接质量问题，并根据焊接质量判断结果向焊接发出焊接动作的控制指令，同时对焊接参数进行非实时的统计和分析并将原始采样的焊接参数和统计及分析数据进行存储；

显示单元104用于实时显示焊接质量判断结果，并显示统计及分析数据；

I/O执行单元105用于以I/O形式执行处理单元103发出的控制指令，以对焊机的焊接动作进行控制；

通讯单元106用于提供与焊机及上位机的通讯接口，以将处理单元103发出的控制指令发送给焊机，或将焊接过程质量监测及控制终端1的状态上传给上位机。

本实施例中，采样单元101包括AD转换器和MCU协处理器，AD转换器用于将传感器上传的模拟信号转换为数字信号，MCU协处理器用于对传感器采集的焊接参数进行预处理。

具体地，采样单元101为高速采样单元101，采样频率为0-10kHz，该单元采用AD转换器，结合MCU协处理器，用于实时采集焊接过程参数，采集的焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、气体流量等信息。

本实施例中，总线单元102包括LVDS串行板级互联总线。

具体地，总线单元102为高速总线单元102，优选地，该单元采用串行LVDS作为高速板级互联总线，负责将高速采样单元101采集的焊接参数传输给计算单元。其中，LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)低电压差分信号，是一种低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的差分信号技术，其传输速率可以达到155Mbps以上，LVDS技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆。采用串行LVDS作为高速板级互联总线能够有效提高采样单元101和处理单元103之间的数据传输速率。

本实施例中，处理单元103包括MCU处理器。

具体地，处理单元103采用主MCU处理器对高速采样参数进行实时计算，判断是否有质量问题，如果有质量问题，控制焊机动作，例如发现焊接电流低于正常值时，判断为焊漏，同时生成处理命令。还可以对采样参数进行非实时的统计和分析计算，并能够将采样原始数据和处理数据进行存储。

本实施例中，通讯单元106包括4G接口、5G接口、蓝牙接口、WIFI接口、以太网接口中的至少其中之一。

具体地，通讯单元106具备4G接口、5G接口、蓝牙接口、以及以太网接口，优选采用以太网接口进行通讯，可以方便地以通讯形式执行计算单元发出的指令，或对上位机传输焊接过程智能监视及控制终端状态，通讯单元106优选采用以太网的传输方式，能够有效避免焊机对终端设备的干扰。

本实施例中，存储单元107包括NANDFLASH存储器、SD卡、硬盘其中的至少其中之一。

具体地，存储单元107优选为DDR3存储器，执行处理单元103命令，可以采用NANDFLASH、SD卡或硬盘对采样数据和统计分析数据进行存储。

优选地，终端还包括保护壳，采样单元101、总线单元102、处理单元103、I/O执行单元105、通讯单元106和存储单元107设置于保护壳内，显示单元104设置于保护壳上。优选显示单元104为触摸显示屏。

如图2所示，本实用新型实施例还提出一种焊接监测系统，包括以上实施例的焊接过程质量监测及控制终端1。

系统还包括与焊接过程质量监测及控制终端1连接的气体流量传感器201、电流传感器202、电压传感器203、脉冲传感器204；

焊接过程质量监测及控制终端1设置于焊接工位现场，焊接过程质量监测及控制终端1通过以太网与焊机和监控室内的上位机通信连接，焊接过程质量监测及控制终端1用于向上位机传输焊机的实时状态，并将焊接质量问题实时传输给上位机；

气体流量传感器201设置于焊机与焊接气体供气瓶之间的气体管路之间；

电流传感器202和电压传感器203设置于焊接工位上，电流传感器202用于监测焊机的焊接电流并发送给焊接过程质量监测及控制终端1，电压传感器203用于监测焊机的焊接电压并发送给焊接过程质量监测及控制终端1；

脉冲传感器204设置于送丝机上，用于采集送丝机的送丝速度，并将采集的送丝机的送丝脉冲信号发送给焊接过程质量监测及控制终端1。

此焊接监测系统的工作过程具体包括：

1)实时数据采集

a)焊接过程质量监测及控制终端1实时采集焊机焊接电流和焊接电压信号。焊接电流、电压信号通过电流传感器202、电压传感器203采集。电流传感器202、电压传感器203输出0～5V、或4～20mA小信号进入焊接过程质量监测及控制终端1。

b)焊接过程质量监测及控制终端1实时采集气体流量信号。气体流量传感器201通过气管串联在气瓶和焊机的回路中，并输出0～5V、或4～20mA小信号进入焊接过程质量监测及控制终端1。

c)焊接过程质量监测及控制终端1实时采集送丝速度。脉冲传感器204采集送丝机送丝速度，以脉冲数进入焊接过程质量监测及控制终端1。

2)数据实时计算和处理

焊接过程质量监测及控制终端1中的处理单元103对输入的焊接电流、焊接电压、气体流量和送丝速度对焊接质量进行实判断；例如发现焊接电流低于正常值时，判断为焊漏，同时生成处理命令。

3)命令执行

当判断出有焊接质量问题时，比如焊漏、焊偏时，将处理命令通过以太网，发送指令给焊机，让焊机停止工作。

4)执行结果上送

焊接过程质量监测及控制终端1通过以太网向上位系统传输焊机实时状态，并将质量问题实时传输给上位机系统。

综上，本实用新型的焊接过程质量监测及控制终端能够有效提高焊接过程数据的采样、传输及处理速度，在满足上位机的实时在线监测的情况下还能够使焊接工位现场的操作人员及时发现焊接质量问题，同时终端设备不易受到焊机的干扰、工作稳定，而且现场安装方便。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种焊接过程质量监测及控制终端，应用于焊接工位现场，其特征在于，所述终端包括：采样单元、总线单元、处理单元、显示单元、I/O执行单元、通讯单元和存储单元；

所述总线单元、所述显示单元、所述I/O执行单元、所述通讯单元和所述存储单元分别与所述处理单元连接，所述采样单元与所述总线单元连接；

所述采样单元对外提供多种传感器的接口，用于与监测焊机的多个传感器连接并实时采集焊接过程的焊接参数，所述采样单元的采集频率为0-10kHz；

所述总线单元用于将所述采样单元采集的所述焊接参数传输给所述处理单元；

所述处理单元用于根据所述焊接参数判断是否有焊接质量问题，并根据焊接质量判断结果向焊接发出焊接动作的控制指令，同时对所述焊接参数进行非实时的统计和分析并将原始采样的焊接参数和统计及分析数据进行存储；

所述显示单元用于实时显示所述焊接质量判断结果，并显示所述统计及分析数据；

所述I/O执行单元用于以I/O形式执行所述处理单元发出的所述控制指令，以对所述焊机的焊接动作进行控制；

所述通讯单元用于提供与所述焊机及上位机的通讯接口，以将所述处理单元发出的所述控制指令发送给所述焊机，或将所述焊接过程质量监测及控制终端的状态上传给所述上位机。

2.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述采样单元包括AD转换器和MCU协处理器，所述AD转换器用于将所述传感器上传的模拟信号转换为数字信号，所述MCU协处理器用于对传感器采集的焊接参数进行预处理。

3.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述总线单元包括LVDS串行板级互联总线。

4.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述处理单元包括MCU处理器。

5.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述通讯单元包括4G接口、5G接口、蓝牙、WIFI接口、以太网接口中的至少其中之一。

6.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述存储单元包括NANDFLASH存储器、SD卡、硬盘中的至少其中之一。

7.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，还包括保护壳，所述采样单元、所述总线单元、所述处理单元、所述I/O执行单元、所述通讯单元和所述存储单元设置于所述保护壳内，所述显示单元设置于所述保护壳上。

8.根据权利要求1所述的焊接过程质量监测及控制终端，其特征在于，所述焊接参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接气体流量。

9.一种焊接监测系统，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述焊接过程质量监测及控制终端。

10.根据权利要求9所述的焊接监测系统，其特征在于，还包括与所述焊接过程质量监测及控制终端连接的气体流量传感器、电流传感器、电压传感器、脉冲传感器；

所述焊接过程质量监测及控制终端设置于焊接工位现场，所述焊接过程质量监测及控制终端通过以太网与焊机和监控室内的上位机通信连接，所述焊接过程质量监测及控制终端用于向所述上位机传输所述焊机的实时状态，并将焊接质量问题实时传输给所述上位机；

所述气体流量传感器设置于所述焊机与焊接气体供气瓶之间的气体管路之间；

所述电流传感器和所述电压传感器设置于焊接工位上，所述电流传感器用于监测所述焊机的焊接电流并发送给所述焊接过程质量监测及控制终端，所述电压传感器用于监测所述焊机的焊接电压并发送给焊接过程质量监测及控制终端；

所述脉冲传感器设置于送丝机上，用于采集送丝机的送丝速度，并将采集的所述送丝机的送丝脉冲信号发送给所述焊接过程质量监测及控制终端。

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