本公開涉及焊接自動化
技術領域：
，尤其涉及一種可對盲區(qū)焊縫實現(xiàn)在線評估與控制的解決方案。
背景技術：
：焊接熔池包含有豐富的信息，熔池傳感與控制系統(tǒng)的研究是焊接研究一個重要領域。焊接熔池是影響焊接質量的重要因素，熔池的尺寸(正面熔寬、熔深或背面熔寬、余高)直接關系到焊接接頭的力學性能，焊接過程中熔池尺寸的穩(wěn)定對于焊接質量的保證是非常重要的；另外，熔池中包含著豐富的信息，在焊接實踐中，熟練的焊工主要是通過觀察熔池的變化等因素來調整焊接參數(shù)獲得滿意的焊縫成形。但是焊接工況總是千差萬別，經常會遇到待焊接區(qū)域所在位置空間狹小，工人操作非常困難。如果焊縫會出現(xiàn)在操作空間過小，甚至相對隱蔽處，焊接工人無法用眼直接觀察到焊縫，因而焊接工作難以順利進行，像這種焊接任務我們稱之為“盲區(qū)焊接”，簡稱“盲焊”。盲區(qū)焊接任務對工人的技術水平要求高。通常只有極其優(yōu)秀熟練的焊接工人才可以勝任，他們除了依靠眼睛以外，還可以依靠耳朵，手感以及其他自身感覺進行操作，沒有多年的經驗積累往往難以掌握這種技能。以鋁電解行業(yè)母線連接處陰極鋼棒和鋁-鋼爆炸焊板的連接問題為例，待焊接工位位于地下，進行操作時非常不方便，嚴重增加了施工難度，上述問題一直是加快鋁廠大修進度的瓶頸。若采用氣電立焊技術實現(xiàn)陰極鋼棒和爆炸焊鋼片的連接時，焊縫四周由焊接母材和水冷滑塊遮擋，難以通過視覺以及其他傳感手段直接獲取熔池信息，形成了盲區(qū)焊縫。圖8是待焊接區(qū)域盲區(qū)示意圖，如圖8所示，由于采用氣電立焊工藝，陰極鋼板，鋁鋼爆炸焊板和水冷滑塊四處遮擋形成的待焊接區(qū)域成為視覺盲區(qū)，導致焊縫在空間上沒有合適的位置和角度對熔池進行直接觀察?，F(xiàn)有的弧壓傳感技術可以實現(xiàn)焊槍的自動提升，保證焊槍提升速度和熔池上升匹配；但是無法實現(xiàn)焊接的全閉環(huán)控制，很容易造成與母材粘絲和撞槍，嚴重影響焊接質量和效率。由此可見一個可以提供盲區(qū)焊縫在線評估與控制的系統(tǒng)是非常有必要的，通過間接的分析獲取焊槍的位置信息，進而有效控制焊接質量。公開內容(一)要解決的技術問題本公開提供了一種基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)，以至少部分解決以上所提出的技術問題。(二)技術方案本公開提供了一種基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)，用于采用氣電立焊技術進行焊接作業(yè)時實現(xiàn)對狹小空間盲區(qū)焊縫的自動連接，包括：焊接系統(tǒng)，用于對待焊接母材進行焊接；紅外熱像儀，對準焊接母材的可觀察區(qū)域，給出可觀察區(qū)域的溫度場信息，用于對該焊接母材進行焊接狀態(tài)監(jiān)測；運動機構，用于調節(jié)焊接系統(tǒng)相對于焊接母材的位置；控制器，連接至焊接系統(tǒng)、紅外熱像儀和運動機構，用于接收紅外熱線儀給出的溫度場信息，根據(jù)該溫度場信息得到焊接狀態(tài)信息并產生焊接控制指令和運動控制指令；其中，運動機構依照該焊接控制指令調節(jié)焊接系統(tǒng)相對于焊接母材的位置，焊接系統(tǒng)依照該運動控制指令對待焊接母材進行焊接。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，紅外熱像儀包括：紅外圖像采集模塊，用于根據(jù)焊接過程造成整個焊接母材溫度的變化，對焊接母材可觀察區(qū)域溫度場信息進行觀察，存儲及傳輸模塊，用于對紅外圖像采集模塊采集的溫度場信息進行存儲，并傳輸?shù)娇刂破鳎g接地對熔池的位置信息做出實時估計，得到焊接狀態(tài)信息。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，控制器包括：熱成像紅外圖像采集器，用于實現(xiàn)對焊接母材可觀察區(qū)域的溫度場圖像的采集；熱成像溫度特征提取器，用于利用溫度場圖像提取溫度場的特征，得到電弧熱核和熔池對應熱核面積；熔池位置估計器，用于利用溫度場圖像及提取的溫度場的特征信息，采用熔池溫度場的有限元分析手段，進行對比，得到熔池估計位置；運動機構位置控制器，用于將熔池位置的估計器反饋回來的熔池估計位置用于閉環(huán)控制，實時調整運動機構位置，進而改變焊槍位置，實現(xiàn)對焊接過程的控制；焊接系統(tǒng)控制器，用于控制焊接過程的起弧，滅弧，焊接過程中調整焊接電壓和電流參數(shù)；主控模塊，連接至熱成像紅外圖像采集器、熱成像溫度特征提取器、熔池位置估計器、運動機構位置控制器及焊接系統(tǒng)控制器，用于對熱成像紅外圖像采集器、熱成像溫度特征提取器、熔池位置估計器、運動機構位置控制器及焊接系統(tǒng)控制器進行協(xié)調和控制。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，控制器還包括：錯誤處理器，連接至主控模塊，用于控制整個焊接過程中的各種錯誤操作，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運行。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，焊接系統(tǒng)包括：焊槍，用于對待焊接母材進行焊接，焊槍保證不接觸焊接工位，防止撞槍；運動機構包括：提升機構，用于焊接過程中焊槍的提升；擺動機構，用于實現(xiàn)焊接過程中水平往復運動；以及姿態(tài)調整機構，用于調整焊槍和待焊接工位的相對位姿。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，焊接系統(tǒng)還包括：焊接電源，用于焊接過程控制，調整焊接電壓、電流參數(shù)，控制送絲速度；水冷系統(tǒng)，包括水冷滑塊和水冷箱，水冷滑塊用于貼緊焊接母材保證熔池不會側流，水冷箱用于保證整個水循環(huán)系統(tǒng)的正常工作；以及氣瓶，用于提供焊接保護氣。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，主控模塊，用于根據(jù)焊板外側表面的溫度場變化情況，判斷焊槍水平運動是否平行于焊板：如果熔池對應熱核基本保持不變，表明焊槍水平方向始終保持與焊板平行；如果熔池對應熱核變大或者變小，表明焊槍與焊板貼的過近或者過遠；運動機構位置控制器，用于根據(jù)主控模塊對熔池對應熱核的判斷結果控制焊槍水平運動，使焊槍位于焊縫的中心位置。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，主控模塊，用于根據(jù)焊板外側表面的溫度場變化情況，判斷焊槍提升速度是否與熔池上升速度匹配：如果電弧熱核長度保持不變，則表明焊槍豎直提升速度是穩(wěn)定的；如果電弧熱核變長或者變短，則表明焊槍提升過快或者過慢；運動機構位置控制器，用于根據(jù)主控模塊對電弧熱核的判斷結果控制焊槍提升速度。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，主控模塊，用于根據(jù)焊板外側表面的溫度場變化情況，判斷水冷滑塊是否貼緊：如果溫度場的形狀被破壞，則表明某側的水冷滑塊沒有貼緊；運動機構位置控制器，用于根據(jù)主控模塊對溫度場形狀的判斷結果保持水冷滑塊貼緊焊接母材。優(yōu)選地，在本公開的一些實施例中，主控模塊，用于在設定熔深的情況下，對應熱分布情況設置焊接參數(shù)，如果溫度場熱分布與理論分析模型不一樣，則重新調整焊接參數(shù)。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本公開基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)至少具有以下有益效果其中之一：(1)針對盲區(qū)焊縫，通過紅外熱像儀獲取焊接母材可觀察區(qū)域溫度場信息，可以實時估計熔池的位置信息，從而可以為運動機構提供運動控制指令，實現(xiàn)了閉環(huán)控制，有效可靠地完成焊接任務。(2)由于采用了紅外熱像儀，利用紅外的特性，相比于傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以安裝在開闊的區(qū)域，不必針對熔池，不過分依賴焊工經驗和手感。無論是優(yōu)秀的焊工還是目前現(xiàn)有的熔池視覺傳感裝置，都無法擁有本公開技術方案的優(yōu)勢。(3)由于該技術可應用于鋁電解車間，從而在降低工人勞動強度的前提下，可靠地保障完成焊接任務，還可以大幅度降低母線連接處壓降，不僅節(jié)能減耗，而且可以保障電解槽電流均布，有效提高電解槽壽命。此外，該技術還可應用于其他盲區(qū)焊縫場景。附圖說明圖1為基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)的結構示意圖。圖2為基于鋼板溫度場示意圖。圖3為運動機構示意圖。圖4為焊槍運動軌跡示意圖。圖5為水冷滑塊結構圖。圖6為焊槍尺寸圖。圖7是控制器結構框圖。圖8是待焊接區(qū)域盲區(qū)示意圖。具體實施方式焊接熔池存在被焊接母材以及水冷滑塊遮擋，空間沒有位置可以放置傳感設備感知熔池的情況，難以完成焊接。針對盲區(qū)焊接任務，本公開采用氣電立焊技術實現(xiàn)對狹小空間盲區(qū)焊縫的自動連接，通過紅外熱像儀獲取母材可觀察區(qū)域的溫度場信息，系統(tǒng)以控制器為核心進行協(xié)調，實時估計熔池位置信息，進而為運動機構提供控制指令，進而保證有效可靠地完成焊接任務。為使本公開的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本公開進一步詳細說明。本公開某些實施例于后方將參照所附附圖做更全面性地描述，其中一些但并非全部的實施例將被示出。實際上，本公開的各種實施例可以許多不同形式實現(xiàn)，而不應被解釋為限于此數(shù)所闡述的實施例；相對地，提供這些實施例使得本公開滿足適用的法律要求。在本公開的一個示例性實施例中，提供了一種基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)。圖1為本公開第一示意性實施例的結構示意圖。如圖1所示，本公開的基于紅外熱像儀的盲區(qū)焊縫在線評估與控制系統(tǒng)，用于采用氣電立焊技術進行焊接作業(yè)時實現(xiàn)對狹小空間盲區(qū)焊縫的自動連接，包括：焊接系統(tǒng)，用于對待焊接母材進行焊接；紅外熱像儀，對準所述焊接母材的可觀察區(qū)域，給出可觀察區(qū)域的溫度場信息，用于對該焊接母材進行焊接狀態(tài)監(jiān)測；運動機構，用于調節(jié)焊接系統(tǒng)相對于焊接母材的位置；控制器，連接至所述焊接系統(tǒng)、紅外熱像儀和運動機構，用于接收紅外熱線儀給出的溫度場信息，根據(jù)該溫度場信息得到焊接狀態(tài)信息并產生焊接控制指令和運動控制指令；其中，所述運動機構依照該焊接控制指令調節(jié)焊接系統(tǒng)相對于焊接母材的位置，所述焊接系統(tǒng)依照該運動控制指令對待焊接母材進行焊接。以下分別對本實施例的各個組成部分進行詳細描述。紅外熱像儀，用于焊接狀態(tài)監(jiān)測，在不直接觀察熔池的情況下，給出焊接狀態(tài)信息。圖2為基于鋼板溫度場示意圖。如圖2所示，因為焊接過程會造成整個焊接母材溫度的變化，可以通過紅外熱像儀對焊接母材可觀察區(qū)域溫度場信息進行觀察，間接地對熔池的位置信息做出實時估計，進而可以為運動機構提供運動控制指令，有效可靠地完成焊接任務。焊接熱過程會導致鋁鋼爆炸焊板外側的變化，通過直接觀察溫度場的變化，可獲取熔池信息，而無需將直接觀察熔池。所述紅外熱像儀包括：紅外圖像采集模塊，用于根據(jù)焊接過程造成整個焊接母材溫度的變化，對焊接母材可觀察區(qū)域溫度場信息進行觀察；存儲及傳輸模塊，用于對紅外圖像采集模塊采集的溫度場信息進行存儲，并傳輸?shù)剿隹刂破?，間接地對熔池的位置信息做出實時估計，得到焊接狀態(tài)信息。紅外熱像儀選用dt-9868，紅外熱像儀的關鍵參數(shù)如表：技術指標參數(shù)值溫度測量范圍-20℃-300℃精度±2％圖像捕捉頻率9hz紅外光譜帶6.5μm-14μm圖像顯示方式熔融金屬可見光像素48608運動機構，用于實現(xiàn)焊接過程中部件的運動，包括：提升機構，擺動機構，以及姿態(tài)調整機構。圖3為運動機構示意圖。如圖3所示，所述運動機構中，提升機構用于焊接過程中焊槍的提升，在焊接過程中可以根據(jù)熔池的上升自動進行提升；擺動機構實現(xiàn)焊接過程中水平往復運動，從而保證焊接的均勻性；姿態(tài)調整機構可以調整焊槍和待焊接工位的相對位姿，因為運動機構的平臺和待焊接工位之間一定存在相對位姿偏差，需要通過額外的機構來彌補。圖4為焊槍運動軌跡示意圖。如圖4所示，焊槍運動軌跡既有水平往復運動，而且不端隨著熔池進行提升。焊接系統(tǒng)，用于實現(xiàn)焊接，包括焊接電源，水冷系統(tǒng)，焊槍以及氣瓶。所述焊接系統(tǒng)中，焊接電源用于焊接過程控制，可以調整焊接電壓、電流參數(shù)，控制送絲速度；水冷系統(tǒng)包括水冷滑塊和水冷箱：水冷滑塊貼緊焊接母材保證熔池不會側流，如圖5所示為水冷滑塊結構圖；水冷箱保證整個水循環(huán)系統(tǒng)的正常工作；圖6為焊槍尺寸圖，如圖7所示，焊槍要盡可能扁，保證不接觸焊接工位，防止撞槍；氣瓶用于提供焊接保護氣。采用焊接參數(shù)如表：控制器模塊，用于控制整個系統(tǒng)的工作，圖7是控制器結構框圖，如圖7所示，控制器包含以下功能模塊：熱像儀紅外圖像采集器，熱成像溫度特征提取器，熔池位置估計器，運動機構位置控制器和焊接系統(tǒng)控制器，錯誤處理器，主控模塊。所述控制器模塊中，熱成像紅外圖像采集器可以實現(xiàn)對焊接母材可觀察區(qū)域的溫度場圖像的采集、傳輸與存儲；熱成像溫度特征提取器可以提取溫度場的特征，如電弧和熔池對應熱核面積，用于為后續(xù)處理和動作提供依據(jù)；熔池位置估計器借助之前采集的信息以及采用熔池溫度場的有限元分析手段，進行對比，對熔池的真實位置做出估計；運動機構位置控制器將反饋回來的熔池位置用于閉環(huán)控制，實時調整運動機構位置，進而改變焊槍位置，實現(xiàn)對焊接過程的控制；焊接系統(tǒng)控制器用于控制焊接過程的起弧，滅弧，焊接過程中調整焊接電壓和電流參數(shù)；錯誤處理器可以控制整個焊接過程中的各種錯誤操作，從而可以保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運行；主控模塊，連接至所述熱成像紅外圖像采集器、熱成像溫度特征提取器、熔池位置估計器、運動機構位置控制器、焊接系統(tǒng)控制器及錯誤處理器，用于對上述模塊進行協(xié)調和控制。根據(jù)鋁鋼爆炸焊板外側表面的溫度場變化情況，可以判斷焊槍運動情況是否滿足要求。具體可以分為以下幾種情形：1、焊槍水平運動是否平行于鋁鋼爆炸焊板：如果焊槍水平方向始終保持與焊板平行，那么溫度場中心熱核基本保持不變，如果與焊板貼的過近，或者較遠，可以觀察到對應的熔池熱核變大或者變小，都會導致焊槍與側壁的粘連，影響一側的焊接質量，研制會燒毀導電嘴，通過檢測可以保證焊槍始終位于焊縫的中心位置，保證內外兩側的焊接質量。2、焊槍提升速度是否與熔池上升速度匹配：如果焊槍豎直提升速度是穩(wěn)定的，基本可以保持電弧長度不變，如果提升過快或者過慢，可以觀察到對應的電弧熱核變長或者變短，進而導致電弧拉的過長可能會滅弧，電弧過短會燒毀導電嘴。3、水冷滑塊是否貼緊：如果某側的水冷滑塊沒有貼緊的話，會導致熔融金屬流出，就會影響熱溫度場的分布情況，破壞溫度場的形狀。4、熔深是否滿足要求：參照上述第1種情況判斷焊槍運動是否滿足熔深要求。在焊槍運動規(guī)范的情況下，合理的焊接參數(shù)也是至關重要的。在保證一定熔深的情況下，會有合理的焊接參數(shù)，對應熱分布情況，如果熱分布與理論分析不一樣，就要重新調整焊接參數(shù)，以滿足要求。無論是優(yōu)秀的焊工還是目前現(xiàn)有的熔池視覺傳感裝置，都無法擁有本解決方案的優(yōu)勢：因為對于人眼，紅外是非可見光；對于傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)，本裝置可以安裝在開闊的區(qū)域，不必針對熔池，并且狹小的作業(yè)環(huán)境下安裝熔池攝像頭是不現(xiàn)實的。本公開的技術主要應用于鋁電解車間，保障可靠完成焊接任務，在降低工人勞動強度的前提下，還可以大幅度降低母線連接處壓降，不僅節(jié)能減耗，而且可以保障電解槽電流均布，有效提高電解槽壽命。此外，該技術還可應用于其他盲區(qū)焊縫場景。至此，已經結合附圖對本公開實施例進行了詳細描述。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬
技術領域：
中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。還需要說明的是，實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本公開的保護范圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在可能導致對本公開的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結構或構造。并且圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本公開實施例的內容。另外，在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本公開的內容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權利要求中表示組成的含量、反應條件等等的數(shù)字，應理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實施例中±10％的變化、在一些實施例中±5％的變化、在一些實施例中±1％的變化、在一些實施例中±0.5％的變化。再者，單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中?？梢园褜嵤├械哪K或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。并且，在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項來具體體現(xiàn)。類似地，應當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個公開方面中的一個或多個，在上面對本公開的示例性實施例的描述中，本公開的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本公開要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，公開方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本公開的單獨實施例。以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本公開的保護范圍之內。當前第1頁12