[发明专利]一种基于双模式实时焊缝跟踪的焊接自动化控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接控制方法及系统，特别是一种用于自动焊的控制方法及系统。

背景技术

目前，自动化焊接时，由于工件的加工与装配误差，以及因焊接热变形导致的焊缝位置与尺寸的变化，必须采用精确的焊缝跟踪方法进行实时补偿；对于具有空间复杂轨迹焊缝的自动化焊接，精确的焊缝实时跟踪技术是保障其实现的前提。

在常用的焊缝跟踪传感器中，电弧传感器实时性最好，对于对称坡口焊缝的跟踪性能稳定且精度较高，结构相对视觉传感器简单，体积小，成本低，适合于工业生产应用。目前，虽然自动化焊接设备已得到广泛应用，但国产自动化焊接设备大多不具备焊缝智能跟踪功能，很多关键部件的焊接仍然需要由人工完成。这主要是因为焊缝跟踪技术本身在国内还停留在实验室研发阶段，其稳定性与适用性都还有待提升，并且，目前尚没有一种较为成熟的集成技术能够将焊缝跟踪系统与现有自动化焊接系统有机结合，实现空间复杂轨迹焊缝高精度高质量的实时自动跟踪。因此，将焊缝跟踪技术与现有自动化焊接技术相结合是焊接自动化发展的必然趋势。

目前，将旋转电弧传感技术应用在自动化焊接系统上，解决空间复杂轨迹焊缝（如大角度折线焊缝）自动跟踪的研究较少。针对旋转电弧传感式焊缝实时跟踪系统与数控式焊接专机系统进行研究，以焊接专机系统为主体，结合旋转电弧传感式焊缝实时跟踪系统，实现焊缝自动跟踪，为焊缝跟踪技术在焊接自动化设备焊缝跟踪中的应用提供理论参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种实用性强、稳定性好、响应速度快、跟踪精度高，算法简单且易实现的基于双模式实时焊缝跟踪的焊接自动化控制方法。针对空间复杂轨迹焊缝，研究以旋转电弧传感器为主体的焊缝跟踪系统与焊接专机系统有机结合，提出了一种基于双模式实时焊缝跟踪的焊接自动化控制方法，形成有效的焊缝自动跟踪控制方案，实现了空间复杂轨迹焊缝的自动跟踪。该方法能够提高传统自动化焊接系统的智能化程度与灵活性，实现大角度空间轨迹焊缝高精度跟踪，提升焊缝质量，算法简单且易实现，为电弧传感技术在焊接自动化系统实现复杂焊缝轨迹自动跟踪中的应用提供理论依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：结合旋转电弧传感焊缝实时跟踪系统与数控式焊接专机系统，采用基于双模式实时焊缝跟踪的焊接自动化控制方法实现自动化焊接。具体控制方法包括：在焊接开始之前，首先对焊接专机控制器8进行焊接初始化设定工作，包括设定焊接初始位置，工艺参数等；并对旋转电弧跟踪系统控制器6进行初始化设定，包括旋转电弧传感头1的电弧旋转频率，电弧扫描半径，系统初始化等；其次，根据生产任务需要选择自动化焊接模式，提供二种自动焊接控制模式：模式一为叠加跟踪模式，即以预设焊接路径为主，相当于焊接专机系统在焊缝跟踪时的粗调，而由旋转电弧跟踪系统控制器6反馈给焊接专机控制器8的焊缝偏差信号用于专机系统在焊缝跟踪时实时微调。具体过程是：首先对焊接专机控制器8进行焊接路径设定，通过输入直线或曲线方程，或者函数逼近的方式将焊接路径设定为任意曲线，具体参数根据焊接任务与焊接环境设定；在焊接过程中，旋转电弧传感头驱动器5驱动旋转电弧传感头1扫描坡口，旋转电弧跟踪系统控制器6通过采用基于旋转电弧传感的焊缝偏差识别方法，在系统每一个工作周期之内提取出旋转电弧传感头1当前所在位置分别在X轴左右调节滑架10中心线方向和旋转电弧传感头1中心轴方向上相对于焊缝中心的偏差信息，并将其输送至焊接专机控制器8；焊接专机控制器8发送指令至焊接专机驱动器9，由焊接专机驱动器9驱动X轴左右调节滑架10、Y轴高低调节滑架11上的步进电机执行恒速纠偏调节；焊接专机控制器8在系统每一个工作周期内执行当前焊缝偏差信息与下一周期焊枪位置坐标信息的数据叠加，由叠加后的位置数据得到传感头当前位置与下一周期目标位置在X轴左右调节滑架中心线与旋转电弧传感头1中心轴方向上的距离值                                                ，下一周期焊枪位置坐标信息由预设轨迹信息得到；根据该距离值与阈值的差值大小，焊接专机控制器8发送相应的纠偏指令至焊接专机驱动器9，阈值根据焊接规范的要求，在焊接专机控制器初始化时设定：当时，由于距离值较大，若滑架继续保持之前的、恒定的滑块调节速度，则在经过与导轨中心线方向的焊接专机移动速度的速度合成后会直接导致焊接速度的变化，因此，为了保证系统在跟踪焊缝的大曲率，大跨度段时保持恒定不变的焊接速度，从而保障焊缝成型符合质量控制的要求，由焊接专机驱动器9驱动X轴左右调节滑架10、Y轴高低调节滑架11上的步进电机执行变速纠偏调节（调节速度由公式平行四边形法则计算得出）；当时，由于距离值较小，不利于滑架上的步进电机实现平稳的变速调节，因此由焊接专机驱动器9驱动X轴左右调节滑架10、Y轴高低调节滑架11上的步进电机执行恒速纠偏调节，在该种情况下，只需设置合适的阈值，则恒速调节仍能保证良好的焊缝成型；模式二为独立跟踪模式，即在焊接过程中，焊接专机控制器8发出指令控制焊接专机驱动器9，从而驱动焊接导轨12上的电机带动焊接专机机架13沿导轨行走，旋转电弧传感头驱动器5驱动旋转电弧传感头1扫描坡口，旋转电弧跟踪系统控制器6通过采用基于旋转电弧传感的焊缝偏差识别方法，在系统每一个工作周期之内提取出旋转电弧传感头1当前所在位置在X轴左右调节滑架10中心线方向和旋转电弧传感头1中心轴方向上相对于焊缝中心的偏差信息，并将其输送至焊接专机控制器8；焊接专机控制器8发送指令给焊接专机驱动器9，由焊接专机驱动器9驱动X轴左右调节滑架10与Y轴高低调节滑架11上的步进电机进行实时纠偏。