用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统及方法，涉及焊接技术领域。本发明专利技术是为了实现厚板机器人的窄间隙GMA智能化焊接。本发明专利技术所述的本发明专利技术所述的用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统及方法，通过集成激光视觉传感器、电流传感器、温度传感器等感知元器件和机器人、剪丝装置、清渣装置等执行机构，基于分层控制、物联网和计算机技术实现厚板机器人窄间隙GMA智能化焊接。
【技术实现步骤摘要】
用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统及方法
本专利技术属于焊接
，尤其涉及熔化极气体保护电弧焊接技术。
技术介绍
随着现代产业装备及国家重大工程向高容量、高参数的快速普及，产业装备的大型化、重型化、高强化、厚板化已成为当今制造业的最重要特征，所带来的焊接工程量成几何级数增加，焊接生产效率与制造周期、制造成本之间的矛盾日益突出。厚板高效、优质、低成本焊接已成为当今制造技术发展的前沿领域。窄间隙熔化极气体保护焊(GasMetalArcWelding，GMAW)具有坡口填充面积小、熔敷效率高、焊接热输入低、可全位置焊接等综合技术优势，是解决生产效率与制造周期、制造成本间矛盾的最佳技术途径。不过，由于厚板结构件尺寸和重量大，其坡口加工及装配误差，以及焊接热收缩等环境变化，单纯依靠人工调整参数难以保证窄间隙GMA(熔化极气体保护电弧)焊接过程中，坡口双侧壁的稳定良好熔合。一旦出现质量缺陷，20mm以内窄坡口间隙的返修难度极大。因此，研究机器人窄间隙GMA焊接智能化技术并发展新一代具有初步焊工智能行为的智能化焊接机器人系统产品已相当迫切。为实现厚板机器人窄间隙GMA焊接智能化的目的，现有技术中已发展出以下两种方法：(1)采用超窄间隙焊接。将坡口间隙减小至5mm以内，通过坡口表面激光视觉焊缝跟踪实现智能化焊接。但是该方法依然无法回避厚板加工及装配误差问题，且坡口过窄、电弧稳定性较差，通过焊剂带约束等方式不仅增加了工序，而且更加不易实现自动化焊接。(2)坡口间隙维持不变，采用电弧传感器实现焊接过程焊炬自适应坡口变化。但是，这种方法仅解决了焊接起弧稳定后的焊缝跟踪，而焊前依然需要人工引导和设置规范。综上所述，在研究机器人的窄间隙GMA焊接智能化研究中，现有焊接方法仍旧存在很多的弊端。
技术实现思路
本专利技术是为了实现厚板机器人的窄间隙GMA智能化焊接，现提供用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统及方法。用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统，包括霍尔电流传感器、激光视觉传感器、红外测温传感器、工业计算机、主控PLC、从控PLC和焊缝跟踪控制器；霍尔电流传感器用于在焊接稳定状态下采集电流均值，所述电流均值为每个电弧移动周期中、左右两侧停留位置和坡口中心位置处的电流均值，激光视觉传感器用于采集待焊接工件的坡口图像，红外测温传感器用于采集焊前预热温度，激光视觉传感器的坡口图像输出端连接工业计算机的坡口图像输入端，工业计算机的焊接控制信号输出端连接主控PLC的焊接控制信号输入端，红外测温传感器的温度信号输出端连接主控PLC的温度信号输入端，所述温度信号包括焊前预热温度和层间温度，主控PLC的剪丝控制信号输出端连接机器人剪丝装置的剪丝控制信号输入端，主控PLC的焊接控制信号输出端连接从控PLC的焊接控制信号输入端，从控PLC的焊接控制信号输出端连接机器人控制器的焊接控制信号输入端，从控PLC的高度纠偏信号输出端连接机器人控制器的高度纠偏信号输入端，从控PLC的水平纠偏信号输出端连接伺服驱动单元的水平纠偏信号输入端，霍尔电流传感器的电流均值输出端连接焊缝跟踪控制器的电流均值输入端，焊缝跟踪控制器的纠偏信号输出端连接从控PLC的纠偏信号输入端，所述纠偏信号包括高度纠偏信号和水平纠偏信号，焊缝跟踪控制器的跟踪控制信号输出端连接霍尔电流传感器的跟踪控制信号输入端，工业计算机内嵌有标准工件模型库、焊接数据库和以下通过软件实现的单元：数据采集单元：采集待焊接工件的厚度、坡口形式和工件材料，坡口识别单元：对坡口图像依次进行图像降噪、二值化、拐点识别和平滑处理，获得待焊接工件的坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置，作业停止单元：当坡口宽度不满足标准工件模型库时，工业计算机停止作业，焊接控制信号生成单元：当坡口宽度满足标准工件模型库时，将待焊接工件的厚度、坡口形式、工件材料、坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置与焊接数据库进行匹配，获得焊接层数、焊接规范和焊接路径，并将焊接层数、焊接规范和焊接路径作为焊接控制信号，主控PLC内嵌有剪丝控制单元：当焊前预热温度达到标准预热温度时，向剪丝装置发送剪丝控制信号，焊缝跟踪控制器内嵌有纠偏信号获取单元：根据焊接规范和电流均值获得纠偏信号。用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制方法，包括以下步骤：S1：采集待焊接工件的厚度、坡口形式、工件材料和待焊接工件的坡口图像，S2：对坡口图像依次进行图像降噪、二值化、拐点识别和平滑处理，获得待焊接工件的坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置，S3：将待焊接工件的坡口宽度与标准工件模型库进行匹配，若匹配，则执行S4，若不匹配，则执行S5，S4：根据待焊接工件的厚度、坡口形式、工件材料、坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置确定焊接层数、焊接规范和焊接路径，然后执行S6，S5：待焊接工件不符合焊接标准，停止作业，S6：采集焊前预热温度，S7：判断焊前预热温度是否达到标准预热温度，是则执形S8，否则返回S6，S8：驱动剪丝装置对待焊接工件进行剪丝，然后同时执行S9和S10，S9：驱动机器人按照焊接层数、焊接规范和焊接路径执行焊接任务，然后执行S13，S10：在焊接稳定状态下采集电流均值，所述电流均值为每个电弧移动周期中、左右两侧停留位置和坡口中心位置处的电流均值，S11：根据焊接规范和电流均值获得高度纠偏信号和水平纠偏信号，S12：将高度纠偏信号发送至机器人控制器以调整焊炬高度，将水平纠偏信号发送至伺服驱动单元以调整焊炬水平尺寸，然后执行S13，S13：判断焊接任务是否结束，是则完成机器人的焊接控制，否则返回S9和S10。进一步的，在S5之后，选取下一个待焊接工件，执行S1。进一步的，在S9之后，判断焊接层数是否大于3或4，是则执行清渣程序，否则继续执行焊接任务。上述清渣程序为：采用启动针束锤击焊缝表面1～2次。本专利技术所述的用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统及方法，通过集成激光视觉传感器、电流传感器、温度传感器等感知元器件和机器人、剪丝装置、清渣装置等执行机构，基于分层控制、物联网和计算机技术实现厚板机器人窄间隙GMA智能化焊接。具有以下优点：1.基于多源信息感知实现机器人窄间隙GMA焊接过程自动坡口识别、起始点定位、焊层规划、预热/层间温度测量、焊缝跟踪和参数自适应调整，适用于坡口宽度8～22mm，板厚30～300mm的碳钢、低合金钢高效、优质、低成本精益生产，整个焊接过程基本无需人工干预；2.适合摆动电弧、旋转电弧、旋摆电弧等多种电弧移动模式，也适合平焊、立焊等不同焊接位置；3.焊接规范、设备运行参数等生产性数据可追溯，便于焊接质量、材料能耗、设备效率、生产节拍等生产分析，并可与其他数字化设备系统集成，实现车间级MES管控。综上所述，通过运用本专利技术所提供的本专利技术的目的是提供一种厚板机器人窄间隙GMA智能焊接系统，只需输入板厚、坡口深度等少量几何尺寸和材料信息，就能自动感知工件温度、焊接电流、坡口宽度等多源信息，自主规划焊接任务和自适应调整焊接规范，基本无需人工干预，突破了厚板高效、优质、低成本焊接难题，确保了接头获得良好的热过程和综合性能，满足厚板高效、优质、低成本焊接生产需求。附图说明图1为具体实施方式一所述的用于厚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统，其特征在于，包括霍尔电流传感器(11)、激光视觉传感器(12)、红外测温传感器(13)、工业计算机(2)、主控PLC(31)、从控PLC(32)和焊缝跟踪控制器(5)；霍尔电流传感器(11)用于在焊接稳定状态下采集电流均值，所述电流均值为每个电弧移动周期中、左右两侧停留位置和坡口中心位置处的电流均值，激光视觉传感器(12)用于采集待焊接工件的坡口图像，红外测温传感器(13)用于采集焊前预热温度，激光视觉传感器(12)的坡口图像输出端连接工业计算机(2)的坡口图像输入端，工业计算机(2)的焊接控制信号输出端连接主控PLC(31)的焊接控制信号输入端，红外测温传感器(13)的温度信号输出端连接主控PLC(31)的温度信号输入端，所述温度信号包括焊前预热温度和层间温度，主控PLC(31)的剪丝控制信号输出端连接机器人剪丝装置(71)的剪丝控制信号输入端，主控PLC(31)的焊接控制信号输出端连接从控PLC(32)的焊接控制信号输入端，从控PLC(32)的焊接控制信号输出端连接机器人控制器(61)的焊接控制信号输入端，从控PLC(32)的高度纠偏信号输出端连接机器人控制器(61)的高度纠偏信号输入端，从控PLC(32)的水平纠偏信号输出端连接伺服驱动单元(4)的水平纠偏信号输入端，霍尔电流传感器(11)的电流均值输出端连接焊缝跟踪控制器(5)的电流均值输入端，焊缝跟踪控制器(5)的纠偏信号输出端连接从控PLC(32)的纠偏信号输入端，所述纠偏信号包括高度纠偏信号和水平纠偏信号，焊缝跟踪控制器(5)的跟踪控制信号输出端连接霍尔电流传感器(11)的跟踪控制信号输入端，工业计算机(2)内嵌有标准工件模型库、焊接数据库和以下通过软件实现的单元：数据采集单元：采集待焊接工件的厚度、坡口形式和工件材料，坡口识别单元：对坡口图像依次进行图像降噪、二值化、拐点识别和平滑处理，获得待焊接工件的坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置，作业停止单元：当坡口宽度不满足标准工件模型库时，工业计算机(2)停止作业，焊接控制信号生成单元：当坡口宽度满足标准工件模型库时，将待焊接工件的厚度、坡口形式、工件材料、坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置与焊接数据库进行匹配，获得焊接层数、焊接规范和焊接路径，并将焊接层数、焊接规范和焊接路径作为焊接控制信号，主控PLC(31)内嵌有剪丝控制单元：当焊前预热温度达到标准预热温度时，向剪丝装置(71)发送剪丝控制信号，焊缝跟踪控制器(5)内嵌有纠偏信号获取单元：根据焊接规范和电流均值获得纠偏信号。...
【技术特征摘要】
1.用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统，其特征在于，包括霍尔电流传感器(11)、激光视觉传感器(12)、红外测温传感器(13)、工业计算机(2)、主控PLC(31)、从控PLC(32)和焊缝跟踪控制器(5)；霍尔电流传感器(11)用于在焊接稳定状态下采集电流均值，所述电流均值为每个电弧移动周期中、左右两侧停留位置和坡口中心位置处的电流均值，激光视觉传感器(12)用于采集待焊接工件的坡口图像，红外测温传感器(13)用于采集焊前预热温度，激光视觉传感器(12)的坡口图像输出端连接工业计算机(2)的坡口图像输入端，工业计算机(2)的焊接控制信号输出端连接主控PLC(31)的焊接控制信号输入端，红外测温传感器(13)的温度信号输出端连接主控PLC(31)的温度信号输入端，所述温度信号包括焊前预热温度和层间温度，主控PLC(31)的剪丝控制信号输出端连接机器人剪丝装置(71)的剪丝控制信号输入端，主控PLC(31)的焊接控制信号输出端连接从控PLC(32)的焊接控制信号输入端，从控PLC(32)的焊接控制信号输出端连接机器人控制器(61)的焊接控制信号输入端，从控PLC(32)的高度纠偏信号输出端连接机器人控制器(61)的高度纠偏信号输入端，从控PLC(32)的水平纠偏信号输出端连接伺服驱动单元(4)的水平纠偏信号输入端，霍尔电流传感器(11)的电流均值输出端连接焊缝跟踪控制器(5)的电流均值输入端，焊缝跟踪控制器(5)的纠偏信号输出端连接从控PLC(32)的纠偏信号输入端，所述纠偏信号包括高度纠偏信号和水平纠偏信号，焊缝跟踪控制器(5)的跟踪控制信号输出端连接霍尔电流传感器(11)的跟踪控制信号输入端，工业计算机(2)内嵌有标准工件模型库、焊接数据库和以下通过软件实现的单元：数据采集单元：采集待焊接工件的厚度、坡口形式和工件材料，坡口识别单元：对坡口图像依次进行图像降噪、二值化、拐点识别和平滑处理，获得待焊接工件的坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置，作业停止单元：当坡口宽度不满足标准工件模型库时，工业计算机(2)停止作业，焊接控制信号生成单元：当坡口宽度满足标准工件模型库时，将待焊接工件的厚度、坡口形式、工件材料、坡口宽度、焊接起始点位置和焊接结束点位置与焊接数据库进行匹配，获得焊接层数、焊接规范和焊接路径，并将焊接层数、焊接规范和焊接路径作为焊接控制信号，主控PLC(31)内嵌有剪丝控制单元：当焊前预热温度达到标准预热温度时，向剪丝装置(71)发送剪丝控制信号，焊缝跟踪控制器(5)内嵌有纠偏信号获取单元：根据焊接规范和电流均值获得纠偏信号。2.根据权利要求1所述的用于厚板窄间隙GMA机器人的智能焊接控制系统，其特征在于，主控PLC(31)的清渣控制信号输出端连接机器人清渣装置(72)的清渣控制信号输入端，主控PLC(31)内还嵌有清渣单元：当待焊接工件焊接...
【专利技术属性】
技术研发人员：兰虎，张华军，鄂世举，邵金均，张卫，田景红，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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