一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法及系統(tǒng)，它主要是解決現(xiàn)有的空間復(fù)雜軌跡焊縫的自動焊接難，焊縫跟蹤精度低等技術(shù)問題。其技術(shù)方案要點是：結(jié)合電弧傳感式焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)的各自特點，提出一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法和系統(tǒng)。本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控焊接專機系統(tǒng)有機結(jié)合，有效補償工件的加工與裝配誤差，以及因焊接熱變形導(dǎo)致的焊縫位置與尺寸的變化，實現(xiàn)空間復(fù)雜軌跡焊縫，尤其是彎曲程度大的曲線焊縫和大角度折線焊縫的自動跟蹤。
【專利說明】一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法及系 統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接控制方法及系統(tǒng)，特別是一種用于自動焊的控制方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，自動化焊接時，由于工件的加工與裝配誤差，以及因焊接熱變形導(dǎo)致的焊縫 位置與尺寸的變化，必須采用精確的焊縫跟蹤方法進(jìn)行實時補償；對于具有空間復(fù)雜軌跡 焊縫的自動化焊接，精確的焊縫實時跟蹤技術(shù)是保障其實現(xiàn)的前提。
[0003]在常用的焊縫跟蹤傳感器中，電弧傳感器實時性最好，對于對稱坡口焊縫的跟蹤 性能穩(wěn)定且精度較高，結(jié)構(gòu)相對視覺傳感器簡單，體積小，成本低，適合于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。目 前，雖然自動化焊接設(shè)備已得到廣泛應(yīng)用，但國產(chǎn)自動化焊接設(shè)備大多不具備焊縫智能跟 蹤功能，很多關(guān)鍵部件的焊接仍然需要由人工完成。這主要是因為焊縫跟蹤技術(shù)本身在國 內(nèi)還停留在實驗室研發(fā)階段，其穩(wěn)定性與適用性都還有待提升，并且，目前尚沒有一種較為 成熟的集成技術(shù)能夠?qū)⒑缚p跟蹤系統(tǒng)與現(xiàn)有自動化焊接系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)空間復(fù)雜軌跡 焊縫聞精度聞質(zhì)量的實時自動跟蹤。因此，將焊縫跟蹤技術(shù)與現(xiàn)有自動化焊接技術(shù)相結(jié)合 是焊接自動化發(fā)展的必然趨勢。
[0004]目前，將旋轉(zhuǎn)電弧傳感技術(shù)應(yīng)用在自動化焊接系統(tǒng)上，解決空間復(fù)雜軌跡焊縫(如 大角度折線焊縫)自動跟蹤的研究較少。針對旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式 焊接專機系統(tǒng)進(jìn)行研究，以焊接專機系統(tǒng)為主體，結(jié)合旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實時跟蹤系統(tǒng)， 實現(xiàn)焊縫自動跟蹤，為焊縫跟蹤技術(shù)在焊接自動化設(shè)備焊縫跟蹤中的應(yīng)用提供理論參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種實用性強、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、跟蹤精度高，算法簡 單且易實現(xiàn)的基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法。針對空間復(fù)雜軌跡焊縫， 研究以旋轉(zhuǎn)電弧傳感器為主體的焊縫跟蹤系統(tǒng)與焊接專機系統(tǒng)有機結(jié)合，提出了一種基于 雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法，形成有效的焊縫自動跟蹤控制方案，實現(xiàn)了 空間復(fù)雜軌跡焊縫的自動跟蹤。該方法能夠提高傳統(tǒng)自動化焊接系統(tǒng)的智能化程度與靈活 性，實現(xiàn)大角度空間軌跡焊縫高精度跟蹤，提升焊縫質(zhì)量，算法簡單且易實現(xiàn)，為電弧傳感 技術(shù)在焊接自動化系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜焊縫軌跡自動跟蹤中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:結(jié)合旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫實時跟蹤系 統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，采用基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法實現(xiàn)自動 化焊接。具體控制方法包括:在焊接開始之前，首先對焊接專機控制器8進(jìn)行焊接初始化設(shè) 定工作，包括設(shè)定焊接初始位置，工藝參數(shù)等；并對旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6進(jìn)行初始化 設(shè)定，包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I的電弧旋轉(zhuǎn)頻率，電弧掃描半徑，系統(tǒng)初始化等；其次，根據(jù)生 產(chǎn)任務(wù)需要選擇自動化焊接模式，提供二種自動焊接控制模式:模式一為疊加跟蹤模式，即以預(yù)設(shè)焊接路徑為主，相當(dāng)于焊接專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時的粗調(diào)，而由旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6反饋給焊接專機控制器8的焊縫偏差信號用于專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時實時微調(diào)。 具體過程是:首先對焊接專機控制器8進(jìn)行焊接路徑設(shè)定，通過輸入直線或曲線方程，或者函數(shù)逼近的方式將焊接路徑設(shè)定為任意曲線，具體參數(shù)根據(jù)焊接任務(wù)與焊接環(huán)境設(shè)定；在焊接過程中，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I當(dāng)前所在位置分別在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心軸方向上相對于焊縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器8 ;焊接專機控制器8發(fā)送指令至焊接專機驅(qū)動器9，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架 10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)；焊接專機控制器8在系統(tǒng)每一個工作周期內(nèi)執(zhí)行當(dāng)前焊縫偏差信息與下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)疊加，由疊加后的位置數(shù)據(jù)得到傳感頭當(dāng)前位置與下一周期目標(biāo)位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架中心線與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心軸方向上的距離值A(chǔ)r，下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息由預(yù)設(shè)軌跡信息得到；根據(jù)該距離值A(chǔ)r與閾值辦的差值大小，焊接專機控制器8發(fā)送相應(yīng)的糾偏指令至焊接專機驅(qū)動器9，閾值5根據(jù)焊接規(guī)范的要求，在焊接專機控制器初始化時設(shè)定:當(dāng)Ar > J 時，由于距離值較大，若滑架繼續(xù)保持之前的、恒定的滑塊調(diào)節(jié)速度，則在經(jīng)過與導(dǎo)軌中心線方向的焊接專機移動速度的速度合成后會直接導(dǎo)致焊接速度的變化，因此，為了保證系統(tǒng)在跟蹤焊縫的大曲率，大跨度段時保持恒定不變的焊接速度，從而保障焊縫成型符合質(zhì)量控制的要求，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機執(zhí)行變速糾偏調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)速度由公式平行四邊形法則計算得出);當(dāng)1^<辦時,由于距離值較小，不利于滑架上的步進(jìn)電機實現(xiàn)平穩(wěn)的變速調(diào)節(jié)，因此由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)，在該種情況下，只需設(shè)置合適的閾值辦，則恒速調(diào)節(jié)仍能保證良好的焊縫成型；模式二為獨立跟蹤模式，即在焊接過程中，焊接專機控制器8發(fā)出指令控制焊接專機驅(qū)動器9，從而驅(qū)動焊接導(dǎo)軌12上的電機帶動焊接專機機架13沿導(dǎo)軌行走，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I當(dāng)前所在位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心軸方向上相對于焊縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器8 ;焊接專機控制器8發(fā)送指令給焊接專機驅(qū)動器9，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10與Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機進(jìn)行實時糾偏。
[0007]所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法包括區(qū)間積分法、或左右極值法、或特征諧波法、或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、或支持向量機法，本發(fā)明采用由清華大學(xué)潘際鑾、吳世德等提出的區(qū)間積分法。
[0008]疊加跟蹤模式適用于 實時跟蹤具有復(fù)雜軌跡的焊縫，并能夠?qū)崿F(xiàn)曲率較大，空間跨度大的焊縫的實時跟蹤，且焊縫成型質(zhì)量更好，例如環(huán)形焊縫和大折角焊縫，但是該模式要求在焊接開始前對焊接路徑進(jìn)行預(yù)先設(shè)定；獨立跟蹤模式適用于實時跟蹤軌跡形式簡單，曲率小，空間跨度小的焊縫，其不需要對焊接路徑進(jìn)行離線編程設(shè)定，程序更加簡單，但對于復(fù)雜焊縫軌跡難以實現(xiàn)高精度的跟蹤，焊縫成型質(zhì)量有待提高。本發(fā)明結(jié)合該二種自動焊接控制模式以實現(xiàn)空間焊縫實時跟蹤性能上的互補，提高了焊接專機系統(tǒng)的適應(yīng)性， 可實現(xiàn)滿足工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量要求的自動化焊接。
[0009]本發(fā)明還提供一種智能化程度高、靈活性好，可實現(xiàn)大角度空間軌跡焊縫高精度 跟蹤，提升焊縫質(zhì)量的基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)。
[0010]所采用的技術(shù)方案是:它包括焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，所述焊 縫實時跟蹤系統(tǒng)是基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)，所述焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù) 控式焊接專機系統(tǒng)采用信號控制電路相連接。
[0011]所述數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)包括焊接專機電源7、焊接專機控制器8、焊接專機驅(qū)動 器9、X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11、焊接專機導(dǎo)軌12、焊接專機機架13和焊 接專機上的各電機，焊接專機控制器8連接焊接專機電源7，并與焊接專機驅(qū)動器9相連，X 軸左右調(diào)節(jié)滑架10和Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11分別連接在焊接專機驅(qū)動器10上，Y軸高低調(diào) 節(jié)滑架11設(shè)置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10上，Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11與X軸左右調(diào)節(jié)滑架10是 相互垂直的，X軸左右調(diào)節(jié)滑架10設(shè)置在焊接專機機架13上，焊接專機機架13設(shè)置在焊 接專機導(dǎo)軌12上。
[0012]所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭1、霍爾傳感 器2、焊接電源3、送絲機4、旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5和旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6，焊接電 源3兩極分別連接送絲機4和霍爾傳感器2，霍爾傳感器2與旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6連 接，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6與焊接專機系統(tǒng)連接，具體連接在焊接專機控制器8上，送 絲機4與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I連接，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I連接，旋轉(zhuǎn) 電弧傳感頭I安裝在焊接專機系統(tǒng)上，具體安裝在Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上。
[0013]控制器可由DSP、或單片機、或ARM、或FPGA、或PLC、或工控機、或計算機代替。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:針對焊接專機難以滿足空間焊縫自動化焊接精度與精確質(zhì) 量控制要求的問題以及針對旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實時跟蹤系統(tǒng)難以實現(xiàn)空間復(fù)雜軌跡焊 縫，如大角度折線焊縫、大曲率曲線焊縫的實時焊縫跟蹤問題，將旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實時 跟蹤系統(tǒng)與焊接專機系統(tǒng)結(jié)合，提出了一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方 法，對大角度空間復(fù)雜軌跡焊縫進(jìn)行焊縫自動跟蹤，實現(xiàn)自動化焊接。該方法使系統(tǒng)充分發(fā) 揮旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)互補的綜合優(yōu)勢。實現(xiàn)了對大曲率曲 線焊縫以及大角度折線焊縫的高精度焊縫自動跟蹤，實際焊接工藝試驗跟蹤效果符合生產(chǎn) 要求，驗證了該方法的有效性與優(yōu)越性，集成后的焊接系統(tǒng)穩(wěn)定性高，靈活性強，具有重要 的實際應(yīng)用價值，可廣泛應(yīng)用于焊接自動化設(shè)備中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是旋轉(zhuǎn)電弧傳感式焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機集成的焊接自動化 控制系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法的流程示意圖。
[0016]圖中:1-旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭，2-霍爾傳感器，3-焊接電源，4-送絲機，5-旋轉(zhuǎn)電弧傳 感頭驅(qū)動器，6-旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器，7-焊接專機電源，8-焊接專機控制器，9-焊接專 機驅(qū)動器，10- X軸左右調(diào)節(jié)滑架，11- Y軸高低調(diào)節(jié)滑架，12-焊接專機導(dǎo)軌，13-焊接專機 機架?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]實施例1，本發(fā)明采用了一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法，所 采用的技術(shù)方案是:結(jié)合旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，根據(jù)基 于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法實現(xiàn)自動化焊接。具體控制方法包括:在焊 接開始之前，首先對焊接專機控制器8進(jìn)行焊接初始化設(shè)定工作，包括設(shè)定焊接初始位置， 工藝參數(shù)等；并對旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6進(jìn)行初始化設(shè)定，包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I的電 弧旋轉(zhuǎn)頻率，電弧掃描半徑，系統(tǒng)初始化等；其次，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)需要選擇自動化焊接模式， 提供二種自動焊接控制模式:模式一為疊加跟蹤模式，即以預(yù)設(shè)焊接路徑為主，相當(dāng)于焊接 專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時的粗調(diào)，而由旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6反饋給焊接專機控制器8 的焊縫偏差信號用于專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時實時微調(diào)。具體過程是:首先對焊接專機控制 器8進(jìn)行焊接路徑設(shè)定，通過輸入直線或曲線方程，或者函數(shù)逼近的方式將焊接路徑設(shè)定 為任意曲線，具體參數(shù)根據(jù)焊接任務(wù)與焊接環(huán)境設(shè)定；在焊接過程中，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動 器5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧 傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I當(dāng)前所在 位置分別在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心軸方向上相對于焊 縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器8 ;焊接專機控制器8發(fā)送指令至焊接專 機驅(qū)動器9，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn) 電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)；焊接專機控制器8在系統(tǒng)每一個工作周期內(nèi)執(zhí)行當(dāng)前焊縫偏差信 息與下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)疊加，由疊加后的位置數(shù)據(jù)得到傳感頭當(dāng)前位置與 下一周期目標(biāo)位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架中心線與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心軸萬向上的距離值 Ar，下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息由預(yù)設(shè)軌跡信息得到；根據(jù)該距離值A(chǔ)r與閾值矗的差值 大小，焊接專機控制器8發(fā)送相應(yīng)的糾偏指令至焊接專機驅(qū)動器9，閾值J根據(jù)焊接規(guī)范的 要求，在焊接專機控制器初始化時設(shè)定:當(dāng)Ar>辦時,由于距離值較大，若滑架繼續(xù)保持之 前的、恒定的滑塊調(diào)節(jié)速度，則在經(jīng)過與導(dǎo)軌中心線方向的焊接專機移動速度的速度合成 后會直接導(dǎo)致焊接速度的變化，因此，為了保證系統(tǒng)在跟蹤焊縫的大曲率，大跨度段時保持 恒定不變的焊接速度，從而保障焊縫成型符合質(zhì)量控制的要求，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X 軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機執(zhí)行變速糾偏調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)速度由公 式平行四邊形法則計算得出)；當(dāng)Acc厶時，由于距離值較小，不利于滑架上的步進(jìn)電機實 現(xiàn)平穩(wěn)的變速調(diào)節(jié)，因此由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架 11上的步進(jìn)電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)，在該種情況下，只需設(shè)置合適的閾值杏，則恒速調(diào)節(jié)仍 能保證良好的焊縫成型；模式二為獨立跟蹤模式，即在焊接過程中，焊接專機控制器8發(fā)出 指令控制焊接專機驅(qū)動器9，從而驅(qū)動焊接導(dǎo)軌12上的電機帶動焊接專機機架13沿導(dǎo)軌行 走，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6 通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn) 電弧傳感頭I當(dāng)前所在位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I中心 軸方向上相對于焊縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器8 ;焊接專機控制器8發(fā)送指令給焊接專機驅(qū)動器9，由焊接專機驅(qū)動器9驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架10與Y軸高低 調(diào)節(jié)滑架11上的步進(jìn)電機進(jìn)行實時糾偏。參閱圖1至圖2。
[0019]實施例2，所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法包括區(qū)間積分法、或左右極 值法、或特征諧波法、或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、或支持向量機法，本發(fā)明采用由清華大學(xué)潘際鑾、吳世 德等提出的區(qū)間積分法。參閱圖1至圖2，其余同實施例1。
[0020]實施例3，本發(fā)明還提供一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)，它 包括焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，所述焊縫實時跟蹤系統(tǒng)是基于旋轉(zhuǎn)電弧傳 感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)，所述焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)采用信號控制電 路相連接。實施例4，所述焊接專機系統(tǒng)包括焊接專機電源7、焊接專機控制器8、焊接專機 驅(qū)動器9、X軸左右調(diào)節(jié)滑架10、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11、焊接專機導(dǎo)軌12、焊接專機機架13 和焊接專機上的各電機，焊接專機控制器8連接焊接專機電源7，并與焊接專機驅(qū)動器9相 連，X軸左右調(diào)節(jié)滑架10和Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11分別連接在焊接專機驅(qū)動器10上，Y軸高 低調(diào)節(jié)滑架11設(shè)置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架10上，Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11與X軸左右調(diào)節(jié)滑架 10是相互垂直的，X軸左右調(diào)節(jié)滑架10設(shè)置在焊接專機機架13上，焊接專機機架13設(shè)置 在焊接專機導(dǎo)軌12上。參閱圖1至2，其余同上述實施例。
[0021]實施例5，所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭1、 霍爾傳感器2、焊接電源3、送絲機4、旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5和旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器 6，焊接電源3兩極分別連接送絲機4和霍爾傳感器2，霍爾傳感器2與旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控 制器6連接，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器6與焊接專機系統(tǒng)連接，具體連接在焊接專機控制器 8上,送絲機4與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I連接，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器5與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I連 接，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭I安裝在焊接專機系統(tǒng)上，具體安裝在Y軸高低調(diào)節(jié)滑架11上。參閱 圖1至2，其余同上述實施例。
[0022]實施例6，所述旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器可由DSP、或單片機、或ARM、或FPGA、或 PLC、或工控機、或計算機代替。旨在將基于焊縫跟蹤傳感技術(shù)的焊縫跟蹤系統(tǒng)與焊接專機 有機結(jié)合，用于焊縫自動跟蹤，實現(xiàn)空間復(fù)雜軌跡焊縫的焊縫跟蹤，從根本上提高自動化焊 接設(shè)備的智能與柔性。參閱圖1至2，其余同上述實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法，其特征是:結(jié)合旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，采用基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法實現(xiàn)自動化焊接，提供二種自動焊接控制模式:模式一為疊加跟蹤模式，即以預(yù)設(shè)焊接路徑為主，相當(dāng)于焊接專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時的粗調(diào)，而由旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器 (6 )反饋給焊接專機控制器(8 )的焊縫偏差信號用于專機系統(tǒng)在焊縫跟蹤時實時微調(diào)，具體過程是:首先對焊接專機控制器(8)進(jìn)行焊接路徑設(shè)定，通過輸入直線或曲線方程，或者函數(shù)逼近的方式將焊接路徑設(shè)定為任意曲線，具體參數(shù)根據(jù)焊接任務(wù)與焊接環(huán)境設(shè)定；在焊接過程中，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器(5 )驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)當(dāng)前所在位置分別在X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)中心軸方向上相對于焊縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器(8);焊接專機控制器(8)發(fā)送指令至焊接專機驅(qū)動器(9)，由焊接專機驅(qū)動器(9)驅(qū)動 X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)上的步進(jìn)電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)；焊接專機控制器(8)在系統(tǒng)每一個工作周期內(nèi)執(zhí)行當(dāng)前焊縫偏差信息與下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)疊加，由疊加后的位置數(shù)據(jù)得到傳感頭當(dāng)前位置與下一周期目標(biāo)位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架中心線與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)中心軸方向上的距離值A(chǔ)t下一周期焊槍位置坐標(biāo)信息由預(yù)設(shè)軌跡信息得到；根據(jù)該距離值A(chǔ)r與閾值辦的差值大小，焊接專機控制器(8) 發(fā)送相應(yīng)的糾偏指令至焊接專機驅(qū)動器(9)，閾值厶根據(jù)焊接規(guī)范的要求，在焊接專機控制器初始化時設(shè)定:當(dāng)Ar >在時，由焊接專機驅(qū)動器(9)驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)上的步進(jìn)電機執(zhí)行變速糾偏調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度由公式平行四邊形法則計算得出；當(dāng)^<在時，焊接專機驅(qū)動器(9)驅(qū)動乂軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)3軸高低調(diào)節(jié)滑架(11) 上的步進(jìn)電機執(zhí)行恒速糾偏調(diào)節(jié)，在該種情況下，只需設(shè)置合適的閾值辦，則恒速調(diào)節(jié)仍能保證良好的焊縫成型；模式二為獨立跟蹤模式，即在焊接過程中，焊接專機控制器(8)發(fā)出指令控制焊接專機驅(qū)動器(9)，從而驅(qū)動焊接導(dǎo)軌(12)上的電機帶動焊接專機機架(13)沿導(dǎo)軌行走，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器(5 )驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)掃描坡口，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)通過采用基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法，在系統(tǒng)每一個工作周期之內(nèi)提取出旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)當(dāng)前所在位置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)中心線方向和旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)中心軸方向上相對于焊縫中心的偏差信息，并將其輸送至焊接專機控制器(8);焊接專機控制器(8)發(fā)送指令給焊接專機驅(qū)動器(9)，由焊接專機驅(qū)動器(9)驅(qū)動X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)與Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)上的步進(jìn)電機進(jìn)行實時糾偏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法，其特征是:在焊接開始之前，首先對焊接專機控制器(8)進(jìn)行焊接初始化設(shè)定工作，包 括設(shè)定焊接初始位置，工藝參數(shù)；并對旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)進(jìn)行初始化設(shè)定，包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)的電弧旋轉(zhuǎn)頻率，電弧掃描半徑，系統(tǒng)初始化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制方法，其特征是:所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感的焊縫偏差識別方法包括區(qū)間積分法、或左右極值法、或特征諧波法、或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、或支持向量機法。
4.一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)，其特征是:它包括焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)，所述焊縫實時跟蹤系統(tǒng)是基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)，所述焊縫實時跟蹤系統(tǒng)與數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)采用信號控制電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)，其特征是:所述數(shù)控式焊接專機系統(tǒng)包括焊接專機電源(7)、焊接專機控制器(8)、焊接專機驅(qū)動器(9)、X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)、Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11 )、焊接專機導(dǎo)軌(12)、焊接專機機架(13)和焊接專機上的各電機，焊接專機控制器(8)連接焊接專機電源(7)，并與焊接專機驅(qū)動器(9)相連，X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)和Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)分別連接在焊接專機驅(qū)動器(10)上，Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)設(shè)置在X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)上，Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)與X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)是相互垂直的，X軸左右調(diào)節(jié)滑架(10)設(shè)置在焊接專機機架(13)上，焊接專機機架(13)設(shè)置在焊接專機導(dǎo)軌(12)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)，其特征是:所述基于旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)、霍爾傳感器(2)、焊接電源(3)、送絲機(4)、旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器(5)和旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)，焊接電源(3)兩極分別連接送絲機(4)和霍爾傳感器(2)，霍爾傳感器(2)與旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)連接，旋轉(zhuǎn)電弧跟蹤系統(tǒng)控制器(6)與焊接專機系統(tǒng)連接，具體連接在焊接專機控制器(8 )上，送絲機(4 )與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)連接，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭驅(qū)動器(5 ) 與旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)連接，旋轉(zhuǎn)電弧傳感頭(I)安裝在焊接專機系統(tǒng)上，具體安裝在Y軸高低調(diào)節(jié)滑架(11)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于雙模式實時焊縫跟蹤的焊接自動化控制系統(tǒng)， 其特征是:控制器可由DSP、或單片機、或ARM、或FPGA、或PLC、或工控機`、或計算機代替。
【文檔編號】B23K9/032GK103567606SQ201310490009
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】洪波, 洪宇翔, 李湘文, 陳宇, 柳健 申請人:湘潭大學(xué), 洪波