[发明专利]一种全位置机器人深熔K-TIG焊接系统及控制方法

权利要求书

1.一种全位置机器人深熔K-TIG焊接系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、集控器对深熔K-TIG焊接电源系统、机器人控制系统、视觉识别系统以及弧压检测装置发送执行启动信号；所述深熔K-TIG焊接电源系统包括深熔K-TIG焊接电源、K-TIG焊枪和水冷机；所述视觉识别系统包括HDR相机和视觉处理器；

S2、在接收到执行启动信号后，深熔K-TIG焊接电源系统输出焊接电流，同时采集实时焊接电流和实时焊接电压，并发送给集控器；视觉处理器从HDR相机读取焊接图像数据，对图像数据进行处理，提取焊接图像的特征数据，并发送给集控器；弧压检测装置采集弧压数据，并发送给集控器；

S3、集控器根据接收到数据生成相应的控制信号，并按照通信协议规定的数据格式，分别给深熔K-TIG焊接电源系统和机器人控制系统发送控制信号；

S4、深熔K-TIG焊接电源系统在接收集控器发送的控制信号后，执行通信协议当中的至少一个动作；机器人控制系统在接收集控器发送的控制信号后，执行通信协议当中的至少一个动作；深熔K-TIG焊接电源系统与机器人控制系统当中的至少一方执行至少一个动作后，焊接状态发生改变；

S5、集控器判断是否接收到焊接结束信号或异常警示信号，若尚未收到焊接结束信号或异常警示信号，则返回执行步骤S2-S4；若收到焊接结束信号或异常警示信号，焊接过程结束，焊接系统复位为就绪状态；

步骤S4中所述深熔K-TIG焊接电源系统执行的至少一个动作包括：增大焊接电流、减少焊接电流或者焊接电流模式的变化；

所述机器人控制系统执行的至少一个动作包括：增大焊接速度、减小焊接速度、增大钨针尖端到工件的高度、减小钨针尖端到工件的高度或者钨针尖端与焊缝中心的偏差修正。

2.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，所述深熔K-TIG焊接电源在启动时，向水冷机发送一个启动信号，所述水冷机在收到启动信号后，启动并循环地为所述K-TIG焊枪提供冷却水。

3.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述集控器根据接收到数据生成相应的控制信号，包括：

集控器接收到深熔K-TIG焊接电源系统、视觉识别系统以及弧压检测装置的发送的数据后，经过自适应权重迭代算法处理后，生成相应的控制信号；

其中，自适应权重迭代算法及生成控制信号的过程如下：

S31、确定特征参数与控制信号之间的约束关系，以正面熔池宽度、正面熔池面积、间隙宽度、焊接电流、焊接速度作为输入变量，以焊接电流、焊接速度、CTWD作为输出变量，以输出变量的增量为控制变量，输出变量的增量权重与输入变量之间的约束关系模型如下：

式中，n为约束关系模型的阶次；Q_I(k)，Q_V(k)，Q_D(k)分别为k时刻的焊接电流、焊接速度、CTWD的控制增量权重；Q_I(k-1),···,Q_I(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的焊接电流控制增量权重；Q_V(k-1),···,Q_V(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的焊接速度控制增量权重；Q_D(k-1),···,Q_D(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的CTWD控制增量权重；W(k-1),···,W(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的正面熔池宽度；S(k-1),···,S(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的正面熔池面积；X(k-1),···,X(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的间隙宽度；I(k-1),···,I(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的焊接电流；V(k-1),···,V(k-n)分别为k-1时刻至k-n时刻的焊接速度；[a_j1,a_j2,···,a_jn]，[b_j1,b_j2,···,b_jn]，[c_j1,c_j2,···,c_jn]，[d_j1,d_j2,···,d_jn]，[e_j1,e_j2,···,e_jn]以及[f_j1,f_j2,···,f_jn]为约束关系方程系数，其中j＝1,2,3；

S32、基于预设帧的特征数据，采用递推最小二乘参数估算方法对约束关系模型进行训练，求解出约束关系方程系数，获取确立的约束关系模型；

S33、把集控器采集的特征数据代入确定的约束关系模型，求解出k时刻焊接电流、焊接速度、CTWD的控制增量权重Q_I(k)，Q_V(k)，Q_D(k)；输出k时刻焊接电流、焊接速度、CTWD的控制增量：ΔI＝Q_I(k)·I，ΔV＝Q_V(k)·V，ΔH＝Q_D(k)·H，其中，ΔI，ΔV，ΔH分别为k时刻焊接电流、焊接速度、CTWD的控制增量，I，V，H分别为k时刻焊接电流、焊接速度、CTWD；

S34、根据焊接工艺的要求，周期性地更新约束关系模型，重复执行步骤S32-S33，直至焊接结束。