一种多元焊接传感信息监测及控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多元焊接传感信息监测及控制系统，包括：传感器模块，采集焊接设备焊接过程中电压电流数据、声音数据、图像数据和位姿数据；控制模块；PLC模块(9)，与控制模块连接，实现数模转换；数据采集卡模块，与控制模块和传感器模块连接，实现模数转换；隔离模块(8)，隔离焊接设备与PLC模块(9)；延时模块(6)，在开始焊接的设定时长内断开焊接设备与数据采集卡模块的连接。与现有技术相比，本发明专利技术同时采用多传感特征提取与多信息融合技术，实现实时的焊接质量监测，并实现反馈控制。

A Multivariate Welding Sensor Information Monitoring and Control System and Method

The invention relates to a multi-element welding sensor information monitoring and control system, which includes: sensor module, acquisition of voltage and current data, sound data, image data and position and posture data in welding process of welding equipment; control module; PLC module (9), connection with control module to realize digital-to-analog conversion; data acquisition card module, connection with control module and sensor module to realize analog-to-digital conversion; Conversion; isolation module (8), isolation welding equipment and PLC module (9); delay module (6), disconnect welding equipment and data acquisition card module within the setting time of starting welding. Compared with the prior art, the present invention simultaneously adopts multi-sensor feature extraction and multi-information fusion technology to realize real-time welding quality monitoring and feedback control.

【技术实现步骤摘要】
一种多元焊接传感信息监测及控制系统及方法
本专利技术涉及焊接和自动控制领域，尤其是涉及一种多元焊接传感信息监测及控制系统及方法。
技术介绍
焊接的质量控制，是焊接技术的关键。要实现焊接过程质量的精确控制，首先需要获得描述焊接状态的准确信息。而焊接过程是一个多变量、非线性、时变的强耦合过程，焊接过程中伴随着强烈的声、光、电、强电磁等强干扰因素，单种传感器在获得全面的、有效的反映焊接过程状态的信息方面都存在一定的不足之处，获得的都是描述焊接过程状态的某一方面的信息，不能全面准确的对焊接过程状态进行描述。而多传感器显然能采集更多的信息，采用多传感器获得相应的信息，进行信息处理和融合能够实现对焊接质量的精确可靠控制。基于上述原因，已有专家针对焊缝跟踪提出基于多信息融合的监控技术，例如发表于《船舰电子工程》上的《基于多传感器信息融合的焊缝跟踪系统设计》，但是本篇文章并未自己搭建一个完整的控制系统，只是给出了软件控制算法，且相应的信息融合算法是最优加权与递推最小二乘法相结合的多传感器融合算法，属于特征层融合，不如决策层融合更精确。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多元焊接传感信息监测及控制系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多元焊接传感信息监测及控制系统，包括：传感器模块，用于采集焊接设备焊接过程中电压电流数据、声音数据、图像数据和位姿数据；控制模块；PLC模块，与控制模块连接，用于实现数模转换；数据采集卡模块，与控制模块和传感器模块分别连接，用于实现模数转换；隔离模块，用于隔离焊接设备与PLC模块；延时模块，在开始焊接后的设定时长内，使焊接设备与数据采集卡模块之间的连接断开，用于延时保护。所述的延时模块包括延时继电器。所述的传感器模块包括电流电压传感器、电荷耦合器、声音传感器及位姿传感器。所述的控制模块包括工控机。所述的数据采集卡模块包括40000Hz的第一数据采集卡和200Hz的第二数据采集卡，所述的第一数据采集卡采集声音传感器数据，所述的第二数据采集卡采集电流电压传感器数据。所述的控制模块与PLC模块之间采用ModbusTCP通信方式。所述的控制模块与PLC模块通过USB接口连接。一种使用如权利要求1所述的多元焊接传感信息监测及控制系统进行焊接监测与控制的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：所述的传感器模块获取焊接设备焊接过程中数据并传送给控制模块；步骤S2：所述的控制模块对步骤S1得到的数据进行去噪、特征提取、特征降维与选择，并经由特征-焊接质量映射模型处理，得到实时焊接质量；步骤S3：所述的控制模块根据步骤S2得到的实时焊接质量计算控制数据，并传送给焊接设备，继而控制电压电流、材料运送速度、焊接速度与位姿。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术包括延时模块，在焊接设备启动时可起到保护电路作用。(2)将送焊接设备和控制模块整合起来，有效实现对焊接过程准确地监控和实时控制；能采集到焊接声音，图像，电流，电压信息，实现对焊接质量的预测和判断。(3)从硬件到软件模块化，自主搭建，可控制成本，应用广泛。(4)对传感器得到的数据进行去噪、特征提取、特征降维与选择，并经由特征-焊接质量映射模型处理，得到实时焊接质量，决策层融合更为精确。(5)控制模块与传感器模块通过USB接口连接，速度快，标准统一。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为可编程逻辑控制器、控制模块、机器人工作流程图；图3为实时获取焊接质量流程示意图；图4为本专利技术监测与控制方法流程图；附图标记：1为工控机；2为第一数据采集卡；3为第二数据采集卡；4为声音传感器；5为电流电压传感器；6为延时模块；7为焊机；8为隔离模块；9为可编程逻辑控制器；10为送丝机；11为机器人；12为电荷耦合器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一种多元焊接传感信息监测及控制系统，包括：传感器模块，采集焊接设备焊接过程中电压电流数据、声音数据、图像数据和位姿数据；控制模块；PLC模块9，与控制模块连接，实现数模转换；数据采集卡模块，与控制模块和传感器模块连接，实现模数转换；隔离模块8，隔离焊接设备与PLC模块9；延时模块6，在开始焊接的设定时长内断开焊接设备与数据采集卡模块的连接。延时模块6包括延时继电器。传感器模块包括电流电压传感器5、电荷耦合器12、声音传感器4及位姿传感器。控制模块包括工控机1。数据采集卡模块包括40000Hz的第一数据采集卡2和200Hz的第二数据采集卡3；第一数据采集卡2采集声音传感器4数据，第二数据采集卡3采集电流电压传感器5数据。控制模块与PLC模块9之间采用ModbusTCP通信方式。控制模块与PLC模块9通过USB接口连接。如图4所示，一种使用多元焊接传感信息监测及控制系统进行焊接监测与控制的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：传感器模块获取焊接设备焊接过程中数据后传送给控制模块；步骤S2：控制模块对步骤S1得到的数据进行去噪、特征提取、特征降维与选择，并经由特征-焊接质量映射模型处理，得到实时焊接质量；步骤S3：控制模块根据步骤S2得到的焊接质量计算控制数据，并传送给焊接设备继而控制电压电流、材料运送速度、焊接速度与位姿。如图1所示，本实施例结构主要包含以下部件：可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)模块、隔离模块8、延时模块6、传感器模块、数据采集卡模块、控制模块。焊接设备包括机器人11、焊机7、送丝机10；传感器模块包括电流电压传感器5、声音传感器4、电荷耦合器12(ChargeCoupledDevice，CCD)和集成在机器人11上位姿传感器；控制模块包括工控机1；工控机1可以通过ModbusTCP协议将电流控制信号和送丝速度控制信号传递给PLC模块9，PLC模块9输出模拟量信号，经由隔离模块8分别传送到焊机7和送丝机10中，实现电流和送丝速度的控制。声音传感器4可将采集到的声音信号传入第一数据采集卡2(40000Hz)中，经过模数转换后上传至工控机1。CCD可将采集的熔池图像传入工控机1。电流电压传感器5可以采集焊接时的电流电压信号传入第二数据采集卡3(200Hz)，经过模数转换后上传至工控机1。焊枪搭载在机械臂上，机器人11作为运动机构控制焊枪运动的速度及位姿，工控机1与机器人11通过RobotInterface通讯，可实现运动速度控制及机器人11位姿信息的读取。延时模块6在这里起到保护电路的作用，焊机7起弧方式为非接触式起弧，刚起弧时会伴随高频高压，延时模块6会在起弧时2s内断开，保护部分电路不受高频的干扰，待高频阶段结束后闭合。如图2所示，信号采集及监测、控制的流程是先进行Modbus通讯接口和机器人11通讯接口的初始化，然后工控机1作为Modbusclient访问作为Modbusserver的PLC模块9，发出信号通过对PLC模块9寄存器的读写实现对送丝速度和焊接电流的实时监测和控制。工控机1也可以作为Modbusclient访问机器人11的开放接口，发出信号通过对机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，包括：传感器模块，用于采集焊接设备焊接过程中电压电流数据、声音数据、图像数据和位姿数据；控制模块；PLC模块(9)，与控制模块连接，用于实现数模转换；数据采集卡模块，与控制模块和传感器模块分别连接，用于实现模数转换；隔离模块(8)，用于隔离焊接设备与PLC模块(9)；延时模块(6)，在开始焊接后的设定时长内，使焊接设备与数据采集卡模块之间的连接断开，用于延时保护。

【技术特征摘要】
1.一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，包括：传感器模块，用于采集焊接设备焊接过程中电压电流数据、声音数据、图像数据和位姿数据；控制模块；PLC模块(9)，与控制模块连接，用于实现数模转换；数据采集卡模块，与控制模块和传感器模块分别连接，用于实现模数转换；隔离模块(8)，用于隔离焊接设备与PLC模块(9)；延时模块(6)，在开始焊接后的设定时长内，使焊接设备与数据采集卡模块之间的连接断开，用于延时保护。2.根据权利要求1所述的一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，所述的延时模块(6)包括延时继电器。3.根据权利要求1所述的一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，所述的传感器模块包括电流电压传感器(5)、电荷耦合器(12)、声音传感器(4)及位姿传感器。4.根据权利要求1所述的一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，所述的控制模块包括工控机(1)。5.根据权利要求1所述的一种多元焊接传感信息监测及控制系统，其特征在于，所述的数据采集卡模块包括40...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华斌，陈超，罗益磊，蒋子圣，肖润泉，许靖远，陈善本，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31