一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置和方法，针对现阶段大型金属结构制品焊接过程质量不容易保证，焊接工作量不方便统计的技术需求。本发明专利技术能够实现大型金属结构制品生产、施工现场每台焊机工艺参数的实时采集，保证全部采集数据以无线通信方式可靠发送，避免了有线通信的各种不便。数据汇聚后到服务器后经过多重条件判断和科学合理的计算统计，最终实现焊接过程焊接质量全程监控和焊接工人工作量的有效统计。对于大型金属结构制品生产、施工行业而言这不仅是非常好的管理手段，同时采用该方法之后也能带来比较显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置和方法
本专利技术涉及无线通信技术和智能检测技术，具体地说是一种面向大型金属结构制品焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置和方法。
技术介绍
大型金属结构制品(包括但不限于船舶、钢结构建筑、石油输送管网、化工过程压力容器、高压电塔、大型锅炉制品)在工业生产中占有非常重要的地位。这类制品的生产、施工主要是由电焊工人用各种型号的焊机将各个零散的零部件焊接起来，最终构成一个整体，焊接是最主要的工作。工人的焊接质量直接决定着产品的质量，如果焊接质量不符合要求，会造成非常大的经济损失甚至是比较大的人员伤亡。然而在实际的生产、施工过程中，不排除有个别责任心不够强的焊接工人为了省时快速不按要求工艺操作，偷工减料违章操作。此外，焊接过程是一项非常艰苦的劳动，如果能够正确统计到每个焊接工人每天、每月的工作量，并实现与工资和绩效挂钩，实现“多劳多得”，就能够充分调动每个工人的生产积极性。然而目前大多数的大型金属结构制品生产企业主要还是以人工分配任务人工统计工时为主，统计的准确与否与也管理人员的工作责任心有关，主观性比较强，误差比较大，效率还不高，而且负责统计工作量的管理人员自身也是一种人力资源浪费。基于上述原因，大型金属结构制品的生产、施工过程中如果能够实时监控到焊接过程的每个细节，在确保焊接质量的前提下正确统计工人工作量是非常有必要的。这需要解决以下几个问题：(1)大型金属结构制品生产、施工现场大量工人分散在各个区域独立作业，需要采集的焊机数量大，区域分散，而且随着一个区域工作完成作业场所会转移，焊机也会跟着操作工人转移，采用有线通信不方便，适合采用无线联网；(2)大型金属结构制品自身体积比较大，生产、施工现场往往是一个面积大、形状不规则的区域，要保证每个区域都被无线信号覆盖，否则就会通信中断而丢失数据造成监控和统计的误差；(3)与焊接质量相关的工艺参数主要是电压、电流、保护气体流速、焊丝进给速度，需要实时采集焊机的上述工艺参数，采样速度要足够快，采样太慢不能完全反应真实情况；(4)成功采集到作业现场大量数据后需要综合分析，统计出符合质量要求前提下每台焊机对应工人的有效工作量，必须兼顾质量和速度，如果数据处理不够科学严谨，很有可能有人专门“投机”迎合统计指标，从而助长了“投机”行为，反而降低生产效率或增加质量问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置和方法，能够实现大型金属结构制品生产、施工现场每台焊机工艺参数的实时采集，保证全部采集数据以无线通信方式可靠发送，避免了有线通信的各种不便。数据最终汇聚后到服务器后经过多重条件综合判断和科学合理的计算统计，最终实现焊接过程焊接质量的全程跟踪监控和焊接工人工作量的有效统计。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，包括：若干个无线现场设备，安放在电焊机内部，随焊机任意移动位置，就近与某一无线接入设备连接，用于实时采集焊机工作时的工艺参数，并上传给与其连接的无线接入设备；若干个无线接入设备，分布固定在作业场所周边，覆盖作业场所内的无线现场设备，用于与无线现场设备建立无线连接，并通过有线将数据上送到交换机；一个或多个交换机，连接其所在区域的无线接入设备，用于汇聚作业现场周边所有的无线接入设备，并将采集数据送入服务器；服务器，连接交换机，用于根据作业要求工艺参数判断每台焊机作业时间内的工艺参数是否符合技术要求，并按周期将每台焊机工作时的工艺参数分别独立存档，统计周期内的焊接电流持续时间累积、保护气体总流量、焊丝消耗总量，进而计算每个焊接工人的有效工作量。所述焊机工作时的工艺参数包括电压、电流、保护气体流速、焊丝进给速度。所述无线现场设备以0.1秒的周期进行工艺参数的采集。所述无线现场设备包括：电源模块，输出端连接稳压保护电路，为220V转5V开关电源，完成从AC220V到DC5V的转换；稳压保护电路，包括保险丝、钳位二极管、LDO芯片，用于实现过压/过流保护，其中LDO芯片将电源模块输出的5V电压转换为3.3V电压输出给CPU；晶振，连接CPU，为CPU提供时钟源；模拟信号多路选择芯片，连接CPU，用于在CPU的控制下将需要采集的多路模拟信号分时送入一路模拟信号放大电路；模拟信号放大电路，用于按高精度A/D芯片要求提供电压；高精度A/D芯片，用于完成模拟信号的A/D转换，将转换后的数字信号送给CPU处理；CPU，无线现场设备的主控制单元，通过16位I/O引脚接A/D芯片，通过SPI接口接无线模块，用于完成前端的数据采集和数据的无线发送；无线模块和天线，通过SPI接口与CPU通信，将CPU发送过来的数据通过无线形式发送出去；拨码开关，连接CPU，通过调整拨码开关状态，决定焊机编号。所述无线接入设备包括：开关电源，输出端连接稳压保护电路，为220V转5V开关电源，完成从AC220V到DC5V的转换；稳压保护电路，包括保险丝、钳位二极管、LDO芯片，用于实现过压/过流保护，其中LDO芯片将电源模块输出的5V电压转换为3.3V电压输出给CPU；晶振，连接CPU，为CPU提供时钟源；CPU，无线接入设备的主控制单元，通过SPI接口接无线模块，通过以太网网口接网线，完成现场设备上送数据无线接收和有线数据上送交换机；无线模块和天线，通过SPI接口与CPU通信，将CPU发送过来的数据通过无线形式发送出去；以太网接口，连接CPU，用于将CPU接收的采集数据从网口发送出去。一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测方法，包括以下步骤：每个无线现场设备实时采集一个焊机工作时的工艺参数，并上传给与其无线连接的无线接入设备；无线接入设备将焊机工作时的工艺参数上传给与其连接的交换机；交换机将焊机工作时的工艺参数上传给与其连接的服务器；服务器根据作业要求工艺参数判断每台焊机作业时间内的工艺参数是否符合技术要求，并按周期将每台焊机工作时的工艺参数分别独立存档，统计周期内的焊接电流持续时间累积、保护气体总流量、焊丝消耗总量，进而计算每个焊接工人的有效工作量。所述计算每个焊接工人的有效工作量，具体为：以焊接工人工作时间内焊接电流持续时间累积为基础数据，统计出总的累积时间作为有效工作量的统计参考值，同时参考保护气体总消耗量，焊丝消耗总量作为每个工人工作时间的有效工作量；同时，服务器剔除焊接电流持续时间累积、保护气体总流量、焊丝消耗总量超过阈值的部分；还剔除工艺参数不符合技术要求的工作时间。本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)无线通信快速漫游、信号全覆盖：每台焊机一个无线现场设备，可以就近与任意一个无线接入设备联网通信，无线接入设备固定在作业场所周边，安放位置、使用数量可以灵活配置保证全场所有效覆盖，所有无线接入设备通过交换机汇聚到一台服务器上，焊机在作业场所内移动位置时可以就近切换到下一个无线接入设备入网通信，漫游时间毫秒级，对数据传送无影响，本专利技术装置通信网络架构图如图1所示。(2)全参数高实时监控：每台焊机内一个无线现场设备，按0.1秒周期连续采集电压、电流、保护气体流速、焊丝进给速度四个参数，每个参数占两个字节，采集数据精度分辨率1/65535，再加上焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，其特征在于，包括：若干个无线现场设备，安放在电焊机内部，随焊机任意移动位置，就近与某一无线接入设备连接，用于实时采集焊机工作时的工艺参数，并上传给与其连接的无线接入设备；若干个无线接入设备，分布固定在作业场所周边，覆盖作业场所内的无线现场设备，用于与无线现场设备建立无线连接，并通过有线将数据上送到交换机；一个或多个交换机，连接其所在区域的无线接入设备，用于汇聚作业现场周边所有的无线接入设备，并将采集数据送入服务器；服务器，连接交换机，用于根据作业要求工艺参数判断每台焊机作业时间内的工艺参数是否符合技术要求，并按周期将每台焊机工作时的工艺参数分别独立存档，统计周期内的焊接电流持续时间累积、保护气体总流量、焊丝消耗总量，进而计算每个焊接工人的有效工作量。

【技术特征摘要】
1.一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，其特征在于，包括：若干个无线现场设备，安放在电焊机内部，随焊机任意移动位置，就近与某一无线接入设备连接，用于实时采集焊机工作时的工艺参数，并上传给与其连接的无线接入设备；若干个无线接入设备，分布固定在作业场所周边，覆盖作业场所内的无线现场设备，用于与无线现场设备建立无线连接，并通过有线将数据上送到交换机；一个或多个交换机，连接其所在区域的无线接入设备，用于汇聚作业现场周边所有的无线接入设备，并将采集数据送入服务器；服务器，连接交换机，用于根据作业要求工艺参数判断每台焊机作业时间内的工艺参数是否符合技术要求，并按周期将每台焊机工作时的工艺参数分别独立存档，统计周期内的焊接电流持续时间累积、保护气体总流量、焊丝消耗总量，进而计算每个焊接工人的有效工作量。2.根据权利要求1所述的一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，其特征在于，所述焊机工作时的工艺参数包括电压、电流、保护气体流速、焊丝进给速度。3.根据权利要求1所述的一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，其特征在于，所述无线现场设备以0.1秒的周期进行工艺参数的采集。4.根据权利要求1所述的一种焊接质量在线监控和工时统计的无线检测装置，其特征在于，所述无线现场设备包括：电源模块，输出端连接稳压保护电路，为220V转5V开关电源，完成从AC220V到DC5V的转换；稳压保护电路，包括保险丝、钳位二极管、LDO芯片，用于实现过压/过流保护，其中LDO芯片将电源模块输出的5V电压转换为3.3V电压输出给CPU；晶振，连接CPU，为CPU提供时钟源；模拟信号多路选择芯片，连接CPU，用于在CPU的控制下将需要采集的多路模拟信号分时送入一路模拟信号放大电路；模拟信号放大电路，用于按高精度A/D芯片要求提供电压；高精度A/D芯片，用于完成模拟信号的A/D转换，将转换后的数字信号送给CPU处理；CPU，无线现场设备的主控制单元，通过16位I/O引脚接A/D芯片，通过SPI接口接无线模块，用于完成前端的数据采集和数...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁炜，彭士伟，于海斌，李世明，夏晔，杨健，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21