[发明专利]机器人焊接过程控制及多传感信号同步采集系统及方法

权利要求书

1.一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，包括用于焊接作业的机器人，以及用于采集弧焊焊接过程中电弧光谱的光谱信号采集单元、用于采集弧焊焊接过程中熔池图像的图像信号采集单元、用于采集弧焊焊接过程中焊接声音的焊接声音信号采集单元和用于采集弧焊焊接过程中电流电压的电流电压信号采集单元，焊接声音信号采集单元和电流电压信号采集单元将数据发送至信号控制箱，信号控制箱将焊接声音信号采集单元和电流电压信号采集单元的数据处理后发送至工控机的数据采集卡，光谱信号采集单元和图像信号采集单元连接工控机，工控机生成控制信号发送至信号控制箱，信号控制箱用于信号转发并控制焊接过程，机器人用于带动焊机执行焊接路径，并在完成焊接路径后发送熄弧信号给工控机；

信号控制箱包括四个开关、一个急停按钮和与工控机中数据采集卡连接的数据采集卡接线端子；

四个开关分别控制焊机电流的大小、焊机启弧和熄弧、送丝机点动送丝以及送丝机点动退丝；

急停按钮连接电源开关，电源开关连接分线板，分线板连接四个空气开关，四个空气开关分别连接两个16V电源、一个24V电源和一个5V电源，两个16V电源分别连接两个运放模块，24V电源连接隔离模块，隔离模块连接一个第一运放模块，5V电源连接两个继电器，第一运放模块用于控制焊机电流大小，第二运放模块用于控制送丝机送丝速度，第一继电器用于控制焊机启弧和熄弧，第二继电器用于控制送丝机的启动和停止；

数据采集卡接线端子连接两个继电器、隔离模块和第二运放模块，数据采集卡接线端子传递数据采集卡触发信号用于触发光谱仪和相机，数据采集卡接线端子接收启弧成功信号、电压信号、电流信号和声音信号并传递给数据采集卡。

2.根据权利要求1所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，光谱信号采集单元包括覆盖有减光片的光谱探头，光谱探头连接光谱仪，光谱探头指向电弧，光谱仪连接工控机。

3.根据权利要求2所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，光谱探头与电弧间的距离为10-40cm，减光片透光率为1％-15％。

4.根据权利要求1所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，图像信号采集单元包括指向电弧的减光滤光器，减光滤光器连接工业相机，工业相机连接工控机。

5.根据权利要求4所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，减光滤光器由透光率为0.5％-1％的减光片和中心波长为550-660nm且半宽为20-30nm的滤光片组成。

6.根据权利要求1所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，焊接声音信号采集单元包括传声器，传声器连接信号调理器，信号调理器连接信号控制箱。

7.根据权利要求1所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，电流电压信号采集单元采用电流电压传感器；工控机的数据采集卡连接信号控制箱和机器人。

8.根据权利要求1所述的一种机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，其特征在于，信号控制箱用于控制送丝机的送丝启停和速度大小；用于控制焊机启弧、熄弧和焊接电流的大小，焊机启弧成功后将信号发送至机器人和工控机的数据采集卡。

9.一种采用权利要求1所述的机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，首先通过工控机配置焊接参数及信号采集参数，进行参数配置；

步骤二，参数配置完成后，工控机发出启弧信号给焊机，焊机开始启弧，启弧成功后焊机发出启弧成功信号，启弧成功信号分别传给机器人和数据采集卡；

步骤三，机器人接收到启弧成功信号后开始行走，数据采集卡接收到起弧成功信号后，持续通过焊接声音信号采集单元和电流电压信号采集单元持续采集电弧声音、电流和电压信号并发送至数据采集卡，并将采集到的电弧声音、电流和电压信号进行存储，同时发出触发信号给光谱仪及工业相机，触发光谱仪和工业相机开始采集电弧光谱与图像信号并存储到工控机中；

步骤四，当机器人完成预定焊接路径后停止行走，并发出熄弧信号给焊机和数据采集卡，焊机接收到熄弧信号后熄灭电弧停止焊接，数据采集卡接收到熄弧信号后停止数据采集与存储，焊接任务完成。