[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

说明书

本发明公开了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及方法，该系统进行焊接过程电弧光谱、熔池图像、焊接声音、电流及电压信号同步采集，实现焊接过程多源多态信号同步采集；工控机和控制箱共同组成控制系统，控制系统建立了焊接设备、机器人设备及信号采集存储设备间通讯网络，可实现焊接过程控制，以及信号采集控制。本发明适用于钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊及冷金属过渡焊等多类型弧焊焊接方式的单台机器人焊接或机器人群组焊接过程控制与多源多态信号同步采集。本发明为实现基于多传感信号融合的焊接质量在线监测与控制研究提供了技术支持，对提高机器人焊接智能化水平，推动工业焊接车间实现智能制造具有重要意义。

技术领域

本发明涉及机器人焊接领域，具体涉及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及方法。

背景技术

机器人焊接智能化是实现工业4.0与智能制造的核心研究领域之一，而机器人电弧焊更是目前应用最为广泛的焊接方式之一。然而，由于电弧焊接是一种由热、电、力等多场耦合作用的复杂物理化学过程，焊接质量会受到诸多随机、非线性因素的影响而呈现不稳定，从而产生气孔、未焊透、夹渣等焊接缺陷。这些存在缺陷的焊件轻则返厂补焊，重则导致整个焊件报废，且某些未检测出的焊接缺陷更可能引发机械设备故障，造成巨大的经济和人员伤亡。近年来发展起来的基于传感技术的焊接缺陷在线监测与缺陷诊断技术，成为解决焊接过程质量监测与控制问题的重要手段。随着传感技术的发展，越来越多的传感器被应用到焊接质量监测中。由于单一传感信号包含信号有限，均无法全面表征复杂的焊接过程，焊接质量监测的可靠性和精度不足。因此，采用多类型传感器对焊接过程形成全景式监测，融合多类型传感信号进行焊接质量在线监测与缺陷识别更具科学性和合理性。现有的基于多传感信号融合的焊接质量监测研究所用的多传感信号采集系统中传感类型少，且难以保证各类型信号采集同步性，而信号采集类型全面与否及信号间同步性对信号融合监测结果具有决定作用。因此，设计一种传感器类型更全面的机器人焊接控制及多传感信号同步采集系统，实现焊接过程全景式监测，对提高机器人焊接智能化水平、实现工业焊接车间智能制造具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供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及方法，为基于多传感信号的焊接过程质量监测与控制提供硬件基础。

为了达到上述目的，机器人电弧焊焊接过程控制及多传感信号同步采集系统，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完成焊接路径，并在完成焊接路径后发送熄弧信号给工控机。

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。

光谱探头与电弧间的距离为10-40cm，减光片透光率为1%-15%。

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。

减光滤光器由减光片和滤光片组成。其中减光片透光率为0.5%-1%，滤光片中心波长为550-660nm，且滤光片半宽为20-30nm

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。

电流电压信号采集单元采用电流电压传感器。

工控机内设置有数据采集卡，数据采集卡连接信号控制箱和机器人。