CN108480823A - 一种用于热丝tig自动焊的远程质量监控*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，包括与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。本发明能够实现热丝TIG自动焊过程中实际工艺参数和焊接图像的远程监测及焊接质量的智能分析，对于异常情况及时发出报警和反馈，以便纠正问题、修正偏差，尤其适用于大型工件高空作业、管道内部狭小空间等特殊环境的焊接过程监控，有利于改善工人的劳动条件，保证焊接质量，拓宽热丝TIG自动焊的应用领域。

Description

一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***

技术领域

本发明涉及焊接自动化领域，尤其涉及一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***。

背景技术

热丝TIG焊是一种由钨极氩弧焊（TIG）改良而来的先进焊接方法，与熔化极气体保护焊、埋弧焊、焊条电弧焊等其他常见方法相比，具有热输入小、焊接质量好、焊缝成形美观、易于实现自动化等许多优点，而与传统的冷丝TIG焊相比，又创新性地借助热丝电源的预热，大幅提高了焊丝的熔化速度，解决了焊接效率的问题。因此，热丝TIG焊把TIG焊的应用对象从薄板拓展到了中厚板、从不锈钢和有色金属拓展到了常见的碳钢和合金钢，近年来逐渐在锅炉、压力容器、高压管道、海洋工程、石化装置、航空航天等诸多领域获得了成功应用，特别是关键产品的精益化自动焊，例如压力容器内壁堆焊、管道环缝窄间隙焊等。

热丝TIG自动焊对工艺参数的要求非常严格，主要是焊接电流、焊接电压（弧长）、送丝速度、保护气体流量和热丝电流等，且对设备的位置精度要求也很苛刻。焊接电流过大易出现烧穿，焊接电流过小易出现未焊透，弧长过大易发生断弧，弧长过小易发生夹钨，气体流量过高易出现气孔，气体流量不足易发生氧化，送丝不畅易发生扎丝，焊丝指偏易出现坠瘤，热丝电流过大易发生偏吹，跟踪跑偏易出现未熔合，严重影响产品的质量和使用安全性，这就要求必须对焊接过程加强实时监测，以便及时发现和纠正问题，所以一般需要焊工手持面罩跟随机头密切观察，劳动强度很高。

对于一些特殊产品，比如大型石化罐体的高空作业，近年来虽然陆续研制出多款移动式焊接机器人，可自主进行焊缝跟踪和全位置焊，但这类机器人却普遍采用熔化极气体保护焊，而未采用与之效率相当、质量却更优的热丝TIG焊，原因之一在于，这类工况下工人需要攀爬脚手架到高处才能近距离观察焊接情况，劳动条件非常恶劣，倘若不对焊接过程进行实时监测，由于热丝TIG自动焊对工艺和设备的要求远高于熔化极气体保护焊，极容易出现异常状况，产生质量问题。

综上所述，有必要创造一种新的手段，来实现热丝TIG自动焊的远程实时监控，才能改善工人的劳动条件，保证焊接质量，并进一步拓宽热丝TIG焊这种先进方法的应用领域。

焊接过程的监测对象主要包括图像、工艺参数、温度、声音等，这些对象对于分析焊接质量起到的作用有所互补，而不同焊接方法关注的重点也有所不同。目前尚没有适用于热丝TIG自动焊、能够有效保证焊接质量的远程监控设备和方法。

如专利申请号为201410116439.0，申请日为2014年3月26日，名称为“一种焊接质量监控***”的发明专利，包括信号采集模块，其设置在焊机中，以采集焊接过程中产生的待测信号；信号调理模块，其连接所述信号采集模块；微控器和收发器模块，其连接所述信号调理模块；以及上位机，其连接所述微控器和收发器模块。该发明提供的焊接质量监控***能够利用信号采集电路及PIC单片机对焊接过程本身固有的电参数信号实施实时的监测和存储，并与上位机进行通信，实现网络化管理。但上述方案未采集焊接图像信息，用于热丝TIG焊接的远程监测时不够直观。

如专利申请号为201210185599.1，申请日为2012年6月7日，名称为“一种用于大型精密设备焊接的自主移动式抖动热丝TIG焊机器人***”的发明专利，包括机器人本体、控制***和抖动热丝TIG焊接***，其中机器人本体包括爬行机构和操作机构，控制***包括传感***、机器人本体控制箱和机器人主控***，抖动热丝TIG焊接***包括抖动热丝TIG焊枪、抖动热丝TIG焊接电源、送丝机、保护气和焊接冷却***。该发明可用于大型钢结构表面全位置自主灵活移动、可靠吸附并实施抖动热丝TIG全位置焊接作业。但上述方案采用的传感***未对工艺参数这一明显影响热丝TIG焊接质量的因素进行监测，对由异常工艺参数直接引起的焊接缺陷缺乏有效的防范措施，质量存在一定风险。

如专利申请号为201420568228.6，申请日为2014年9月29日，名称为“基于CCD传感器的焊接参数图像采集***”的实用新型，其技术方案为：一种基于CCD传感器的焊接参数图像采集***，包括焊接电源、焊枪、计算机、保护气体罐，所述焊接电源与所述焊枪连接，所述焊枪与所述气体保护罐相连通，其特征还在于还包括数据采集卡、传感器***、行走机构，所述焊枪两侧固定安装有相机和小功率激光器，所述相机内设有CCD传感器，所述焊枪设置在所述行走机构上方，所述行走机构包括运动小车、位于运动小车上的焊接工件，所述行走结构与步进电机连接，所述步进电机与运动控制器连接；所述传感器***一端与所述行走结构连接，另一端与所述数据采集卡连接，所述数据采集卡与所述CCD传感器连接，所述CCD传感器与所述计算机连接；所述传感器***包括电流传感器、电压传感器，所述电流传感器与所述电压传感器通过运放模块与所述数据采集卡连接。该实用新型能够实时监测并存储焊接过程中的电信号和图像信息，可以从图像信息中得到更加丰富的焊接质量信息。但上述方案中传感器***输出的模拟量在传输到计算机的数据采集卡后才能被转换为数字量，由于模拟信号易受干扰，所以限制了传输距离，不适宜用于远程监控。

如专利申请号为201610288460.8，申请日为2016年5月4日，名称为“一种焊接熔池动态过程在线监测***及方法”的发明专利，包括集成控制中心、传感检测子***、运动控制子***、专家数据库、焊接工艺控制子***和数据传输接口，通过集成控制中心与各个子***的相互配合，实现了焊接熔池动态过程的在线监测、焊接参数优化调整、焊缝自动跟踪、焊缝的成形控制、焊接相关信息共享等功能。该发明可解决工程机械大型结构件自动化焊接生产中焊接质量难以控制等难题。但上述方案只针对熔化极气体保护焊，用于热丝TIG焊时存在诸多尚未解决的问题，比如没有针对TIG焊特有的高频引弧方式进行电气防护；工艺控制子***不能分析和控制热丝TIG焊常用的脉冲工艺；传感检测子***没有对送丝速度这一严重影响热丝TIG焊接质量的工艺参数进行监测，焊接质量无法保证。

如专利申请号为201610619635.9，申请日为2016年7月29日，名称为“焊机远程监控***”的发明专利，包括安装于焊机的采集控制模块和安装于用户终端的终端管理模块，还包括用于实现采集控制模块与终端管理模块数据转发的数据中转服务器；采集控制模块包括信号采集单元、焊机控制单元、数据收发单元、通信单元及板载微处理器；所述终端管理模块包括网络接口单元，用于实现数据收发和数据本地存储；可视化界面，用于检索和解析本地存储的数据并显示于屏幕，并用于发送焊机控制指令。该发明可实现焊机的远程监控，在用户终端即可直接调整参数，查看位置信息和焊接数据，无需到达施工现场，使用方便，运维费用低。但上述方案的信号采集单元是通过连接焊机内部的数据采集点来采集焊机的运行数据，而不是实际的焊接工艺数据，二者存在一定区别，并且这种方式与传感方式相比，通用性差，只能用于具有专用接口的特定品牌、特定型号的焊机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，实现焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的远程监测及焊接质量的智能分析，对于异常情况及时发出报警和反馈，以便纠正问题、修正偏差，从而改善工人的劳动条件，保证焊接质量，拓宽热丝TIG自动焊的应用领域。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于包括：与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。

所述焊接图像采集子***用于拍摄被焊区域的动态图像，并把图像数据通过千兆以太网远程发送至所述监控终端，反映熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况。

所述工艺参数采集子***用于采集实际的焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，并把这些工艺数据通过RS-485串行总线发送至所述监控终端，反映工艺参数的动态变化。

所述监控终端用于焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的实时显示和焊接质量智能分析，对异常情况及时向用户发出报警，并通过以太网向焊接***控制器作出反馈，此外，还把上述历史数据有序保存到数据库，以便事后分析。

进一步地 ，所述焊接图像采集子***，包括焊接图像采集模块、多连杆支架和POE电源。

所述多连杆支架用于把焊接图像采集模块安装在焊接机头上，二者随机器人本体到高处或进入狭小空间工作，代替人眼观察；POE电源用于对焊接图像采集模块同时进行远距离供电和数据中继，从而可从100米外的监控终端上进行监测。

进一步地，所述焊接图像采集模块，采用铝合金保护壳隔热防尘，内部包括：工业相机、工业镜头、滤镜、辅助光源和控制电路板。

所述工业相机具有120dB高动态CMOS感光元件，可同时使图像的亮部和暗部都清晰可见。

所述工业镜头具体为电动聚焦镜头，内置电机可在外部电路的驱动下正反转实现电动聚焦，而不再需要人工手拧镜头上的聚焦环，焊接时可随时远程控制，使图像始终处于最佳清晰度。

所述滤镜包括：具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜。

采用具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜的组合可大幅削弱图像中弧光的亮度，而保留高温熔池金属的主要可见光谱，使后者清晰可见。

所述辅助光源具体为630nm环形LED光源，用于对被焊区域整体补光，使坡口、焊枪、钨极和焊丝的图像经过滤镜后也清晰可见，以便观察熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况，及时调整工艺、修正位置、更换钨极，避免出现焊接缺陷。

所述控制电路板用于根据外部输入信号驱动镜头电动聚焦和开关辅助光源。

进一步地 ，所述工艺参数采集子***具体包括：工艺参数采集模块，与所述工艺参数采集模块连接的气体流量传感器、送丝速度传感器、电缆转接头和热丝电流传感器。

所述工艺参数采集子***采用传感方式采集实际工艺参数，通用性好，对热丝TIG焊电源的品牌和电气接口没有特殊要求。

所述工艺参数采集模块穿孔嵌套在焊枪电缆上，用于收集各个传感器的数据，把模拟量全部转换为数字量，再以抗干扰能力强的数字通讯方式发送到监控终端。

所述气体流量传感器具体为热式气体流量传感器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的保护气体出口端，利用热扩散原理测量经过其中的保护气体的流速，量程为30L/min，精度±3%。

所述送丝速度传感器具体为增量式编码器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源***的送丝机出口端，通过输出脉冲信号来反映实际送丝速度，量程25m/min，精度±1%。

所述电缆转接头具体为两个三通形式的快速插头，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的正负极输出端，从而从焊接回路中通过高压绝缘导线并联引出一路焊接电压用于测量。

所述热丝电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的热丝电流，原边理论值100A，量程200A，精度±0.5%。

进一步地 ，所述工艺参数采集模块，采用无金属屏蔽效应的ABS塑料保护壳进行防护，其特征在于内部包括：焊接电流传感器、用于电缆转接头连接的保护继电器、用于保护继电器连接的限压保护板和采集通讯板。

所述采集通讯板包括：用于焊接电流传感器、限压保护板、气体流量传感器、送丝速度传感器和热丝电流传感器。

所述焊接电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的焊接电流，原边理论值300A，量程500A，精度±0.2%。

所述保护继电器具体为高压干簧管继电器，最高耐压14KV，可在外部信号控制下，适时连通或切断后级电路与焊接回路的电气连接，实现对TIG焊高频引弧的主动保护。

所述限压保护板一方面通过电阻分压，把0-100V焊接电压（包括空载电压）线性降低到后级电路芯片可承受的范围内，另一方面通过压敏电阻和气体放电管并联，可抑制异常输入的高电压，实现对后级电路的被动保护。

所述采集通讯板一方面对焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的传感器信号进行AD采样，对送丝速度传感信号进行计数，另一方面把转换后的所有工艺数据通过RS-485串行总线远程发送给监控终端，最高可实现1200米的远距离传输，此外，还提供了对保护继电器的控制IO接口。

进一步地，所述采集通讯板，具体包括：模拟信号调理电路，分别与四路模拟信号调理电路连接的AD采样电路，与监控终端连接的串口驱动电路，以及分别与AD采样电路和串口驱动电路连接的嵌入式微控制器。

所述模拟信号调理电路包括ADA4841放大器芯片，一方面把模拟信号进行放大、滤波，另一方面把单端信号转换为双端信号，输出0-5V电压供模数转换。

所述AD采样电路包括四个AD7767芯片，具有24位精度，依次以菊花链形式通过SPI接口连接到嵌入式微控制器，分别用于焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的高精度模数转换。

所述嵌入式微控制器具体为STM32主控芯片，其上运行有嵌入式程序，一方面控制AD采样频率并不断读取采样结果，另一方面基于Modbus RTU通讯协议把监控终端请求的最新工艺数据转换为待发送的帧命令，此外，还根据采集到的焊接电流智能地判断焊接状态，从而输出信号控制保护继电器在高频引弧时及时切断回路，避免高频高压对后级电路的损坏。

所述串口驱动电路包括ADM2682E串口驱动芯片，该芯片自带隔离，把待发送的帧命令转换为电平信号发送给监控终端，实现数据传输。

进一步地 ，所述监控终端具体为工业平板电脑，通过一个千兆以太网接口从焊接图像采集模块接收图像数据，而通过RS-485串行总线从工艺参数采集模块接收实际工艺数据，此外，还通过另一个以太网接口向焊接***控制器进行反馈。软件***采用在.NET平台上开发的监控管理软件，实现了实时监测、工艺分析、图像分析、报警反馈、存储追溯等功能。

进一步地，所述监控管理软件，具体包括：串口通讯单元、图像采集单元、数据库存取单元、工艺分析单元、图像分析单元、可视化单元和反馈控制单元。

所述串口通讯单元基于ModbusRTU通讯协议，向工艺参数采集模块反复查询最新工艺数据。

所述图像采集单元远程控制焊接图像采集模块的工作状态，并通过千兆以太网获取模块采集的图像数据。

所述数据库存取单元采用关系型数据库存储实际工艺参数以及焊缝信息、焊接规范等相关数据，同时，还保存整个焊接过程的视频到对应位置，以便质量问题的追溯。

所述工艺分析单元通过FFT等一系列时频域分析，实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，以便与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据；此外还利用统计方法，分析焊接参数的稳定性、符合度、平稳度等指标，用于事后评价焊接质量。

所述图像分析单元用于对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度。

所述可视化单元用于实际工艺参数曲线和焊接图像的实时显示和报警提示，以及历史工艺数据和焊接过程视频的同步回放。

所述反馈控制单元基于ModbusTCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺偏差数据用于调整工艺和焊接电压数据用于修正弧长。

本发明的有益效果：

1.本发明采用嵌入式***对影响热丝TIG焊接质量的主要工艺参数进行采集，包括焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，模块集成度高、可靠性好；采用RS-485串行总线基于Modbus RTU通讯协议传输实际工艺数据，抗干扰能力强，最远可达1200米；电路对异常输入的高电压具有被动保护功能，并针对TIG焊特有的高频引弧方式设计了主动保护功能；

2.本发明可根据实际工艺参数采用统计方法智能地评价焊接质量，并针对热丝TIG焊常用的脉冲工艺专门设计了时频域分析算法，可提取工艺参数细节并与工艺规范比较，及时发出报警，并获得工艺偏差数据；

3.本发明采用特殊设计的光学***采集焊接图像，使熔池、坡口、焊枪、焊丝清晰易分辨，焊工可直观观察熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况，以便调整工艺、修正位置、更换钨极；模块集成度高，隔热防尘；使用POE方式同时进行远距离供电和数据中继，最远可达100米；工业镜头可远程控制聚焦，保证焊接过程中图像始终清晰；

4.本发明中监测终端通过以太网接口，基于通用的Modbus TCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺调整和弧长修正数据，可适用于多种控制设备；

5.本发明实现了工艺数据和焊接图像的有序存储和同步回放，便于质量问题追溯；

6.本发明尤其适用于大型工件高空作业以及管道内部狭小空间等特殊环境的焊接过程监控，有利于改善工人的劳动条件，保证焊接质量，拓宽热丝TIG自动焊的应用领域。

附图说明

图1是本发明结构图;

图2是焊接图像采集子***连接示意图;

图3是焊接图像采集模块结构图;

图4是工艺参数采集子***连接示意图;

图5是工艺参数采集模块结构图;

图6是工艺参数采集电路原理图;

图7是监控管理软件结构图;

图8是实施例总体布置图;

图9是实施例安全区域布置图;

图10是实施例作业区域布置图;

图11是主控芯片主程序流程图;

图12是实施例操作流程图。

具体实施方式

实施例1：

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实例方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，包括：与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。其中，焊接图像采集子***用于拍摄被焊区域的动态图像，并把图像数据通过千兆以太网远程发送至所述监控终端，反映熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况；工艺参数采集子***用于采集实际的焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，并把这些工艺数据通过RS-485串行总线发送至所述监控终端，反映工艺参数的动态变化；监控终端用于焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的实时显示和焊接质量智能分析，对异常情况及时向用户发出报警，并通过以太网向焊接***控制器作出反馈，此外，还把上述历史数据有序保存到数据库，以便事后分析。

如图2、图3所示，焊接图像采集子***主体为焊接图像采集模块，采用POE电源（19）供电，并通过多连杆支架安装在焊接机头上，并随之到高处或进入狭小空间工作，代替人眼观察。模块采用铝合金保护壳（35）隔热防尘，内部包括：工业相机（36）、工业镜头（37）、滤镜（38）、辅助光源（39）和控制电路板（40）。其中，工业相机（36）具有120dB高动态CMOS感光元件，可同时使图像的亮部和暗部都清晰可见；工业镜头（37）具体为电动聚焦镜头，内置电机可在外部电路的驱动下正反转实现电动聚焦，而不再需要人工手拧镜头上的聚焦环，焊接时可随时远程控制，使图像始终处于最佳清晰度；滤镜（38）具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜的组合，可大幅削弱图像中弧光的亮度，而保留高温熔池金属的主要可见光谱，使后者清晰可见；辅助光源（39）具体为630nm环形LED光源，用于对被焊区域整体补光，使坡口、焊枪、钨极和焊丝的图像经过滤镜后也清晰可见，以便观察熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况，及时调整工艺、修正位置、更换钨极，避免出现焊接缺陷；控制电路板（40）用于根据外部输入信号驱动镜头（37）电动聚焦和开关辅助光源（39）。

如图4所示，工艺参数采集子***采用传感方式采集实际工艺参数，通用性好，对热丝TIG焊电源的品牌和电气接口没有特殊要求，具体包括：工艺参数采集模块，与所述工艺参数采集模块连接的气体流量传感器、送丝速度传感器、电缆转接头和热丝电流传感器。其中，工艺参数采集模块穿孔嵌套在焊枪电缆上，用于收集各个传感器的数据，把模拟量全部转换为数字量，再以抗干扰能力强的数字通讯方式发送到监控终端；气体流量传感器具体为热式气体流量传感器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的保护气体出口端，利用热扩散原理测量经过其中的保护气体的流速，量程为30L/min，精度±3%；送丝速度传感器具体为增量式编码器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源***的送丝机出口端，通过输出脉冲信号来反映实际送丝速度，量程25m/min，精度±1%；电缆转接头具体为两个三通形式的快速插头，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的正负极输出端，从而从焊接回路中通过高压绝缘导线并联引出一路焊接电压用于测量；热丝电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的热丝电流，原边理论值100A，量程200A，精度±0.5%。

如图5所示，工艺参数采集模块采用无金属屏蔽效应的ABS塑料保护壳（31）进行防护，内部包括：焊接电流传感器（30），与所述电缆转接头连接的保护继电器（32），与所述保护继电器（32）连接的限压保护板（33），与所述焊接电流传感器（30）、限压保护板（33）、气体流量传感器、送丝速度传感器和热丝电流传感器连接的采集通讯板（34）。其中，焊接电流传感器（30）具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的焊接电流，原边理论值300A，量程500A，精度±0.2%；保护继电器（32）具体为高压干簧管继电器，最高耐压14KV，可在外部信号控制下，适时连通或切断后级电路与焊接回路的电气连接，实现对TIG焊高频引弧的主动保护；限压保护板（33）一方面通过电阻分压，把0-100V焊接电压（包括空载电压）线性降低到后级电路芯片可承受的范围内，另一方面通过压敏电阻和气体放电管并联，可抑制异常输入的高电压，实现对后级电路的被动保护；采集通讯板（34）一方面对焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的传感器信号进行AD采样，对送丝速度传感信号进行计数，另一方面把转换后的所有工艺数据通过RS-485串行总线远程发送给监控终端，最高可实现1200米的远距离传输，此外，还提供了对保护继电器（32）的控制IO接口。

如图6所示，采集通讯板具体包括：模拟信号调理电路，分别与四路模拟信号调理电路连接的AD采样电路，与监控终端连接的串口驱动电路，以及分别与AD采样电路和串口驱动电路连接的嵌入式微控制器。其中，模拟信号调理电路包括ADA4841放大器芯片，一方面把模拟信号进行放大、滤波，另一方面把单端信号转换为双端信号，输出0-5V电压供模数转换；AD采样电路包括四个AD7767芯片，具有24位精度，依次以菊花链形式通过SPI接口连接到嵌入式微控制器，分别用于焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的高精度模数转换；嵌入式微控制器具体为STM32主控芯片，其上运行有嵌入式程序，一方面控制AD采样频率并不断读取采样结果，另一方面基于Modbus RTU通讯协议把监控终端请求的最新工艺数据转换为待发送的帧命令，此外，还根据采集到的焊接电流智能地判断焊接状态，从而输出信号控制保护继电器在高频引弧时及时切断回路，避免高频高压对后级电路的损坏；串口驱动电路包括ADM2682E串口驱动芯片，该芯片自带隔离，把待发送的帧命令转换为电平信号发送给监控终端，实现数据传输。

如图1所示，监控终端具体为工业平板电脑，通过一个千兆以太网接口从焊接图像采集模块接收图像数据，而通过RS-485串行总线从工艺参数采集模块接收实际工艺数据，此外，还通过另一个以太网接口向焊接***控制器进行反馈。软件***采用在.NET平台上开发的监控管理软件，实现了实时监测、工艺分析、图像分析、报警反馈、存储追溯等功能。

如图7所示，监控管理软件具体包括：串口通讯单元、图像采集单元、数据库存取单元、工艺分析单元、图像分析单元、可视化单元和反馈控制单元。其中，串口通讯单元基于Modbus RTU通讯协议，向工艺参数采集模块反复查询最新工艺数据；图像采集单元远程控制焊接图像采集模块的工作状态，并通过千兆以太网获取模块采集的图像数据；数据库存取单元采用关系型数据库存储实际工艺参数以及焊缝信息、焊接规范等相关数据，同时，还保存整个焊接过程的视频到对应位置，以便质量问题的追溯；工艺分析单元一方面通过FFT等一系列时频域分析，实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，以便与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据；另一方面利用统计方法，分析焊接参数的稳定性、符合度、平稳度等指标，用于事后评价焊接质量；图像分析单元用于对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度；可视化单元用于实际工艺参数曲线和焊接图像的实时显示和报警提示，以及历史工艺数据和焊接过程视频的同步回放；反馈控制单元基于Modbus TCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺偏差数据用于调整工艺，以及焊接电压数据用于修正弧长。

如图8所示，为一具体的使用带有远程质量监控***的移动式热丝TIG机器人焊接大型筒体纵缝的总体布置图。其中机器人本体（4）和焊接图像采集子***（2）位于工件上的作业区域，机器人控制器（5）、热丝TIG焊电源***（6）、工艺参数采集子***（3）和监控终端（1）位于地面上的安全区域。

如图9所示，是位于工件作业区域的机器人本体（4）及焊接图像采集子***（2）的布置图。

机器人本体（4）包括行走机构（17）、十字滑块（16）、焊接机头（18）、焊缝***（15）、焊枪（13）、送丝嘴（14）和钨极（12）。其中钨极（12）位于焊枪（13）端部指向待焊焊缝；送丝嘴（14）相对于焊枪（13）固定，并指向钨极（12）尖端；焊缝***（15）采用线激光实时识别待焊焊缝的高度和左右位置，使机器人实现自动跟踪和自主焊接；焊缝***（15）和焊枪（13）均夹持在焊接机头（18）上；焊接机头（18）固定在十字滑块（16）上，后者为丝杠导轨形式，可以上下左右平移，从而改变焊接时钨极（12）离焊缝的高度即电弧长度，以及焊枪（13）相对于焊缝的横向位置；行走机构（17）吸附在工件（7）表面，带动十字滑块（16）、焊接机头（18）及其附属装置向前运动，本实施例中为竖直向上运动。

焊接图像采集模块（10）通过多连杆支架（11）连接到焊接机头（18）上，并事先调试到合适的距离和角度，从正前方拍摄熔池、坡口、焊枪（13）、钨极（12）和焊丝（14）的完整画面。

如图10所示，是位于地面安全区域的监控终端（1）、机器人控制器（5）、热丝TIG焊电源***（6）、工艺参数采集子***（3）和POE电源（19）的布置图。

热丝TIG焊电源***（6）包括热丝TIG焊电源（25）、送丝机（26）和热丝电源（27）。其中热丝TIG焊电源（25）正极输出端连接工件地线，负极输出端通过焊枪电缆（28）连接到机器人本体的焊枪，输出焊接电流的大小由机器人控制器实时控制；送丝机（26）由机器人控制器间接控制，焊丝通过送丝软管单独连接到机器人本体的送丝嘴；热丝电源（27）由机器人控制器间接控制，通过热丝电缆（29）连接到机器人本体的送丝嘴，输出热丝电流对焊丝进行电阻加热。

工艺参数采集子***（3）包括工艺参数采集模块（20）、气体流量传感器（21）、送丝速度传感器（22）、电缆转接头（23）和热丝电流传感器（24）。其中气体流量传感器（21）安装在热丝TIG焊电源（25）前面板出气口，送丝速度传感器（22）安装在送丝机（26）出丝端，电缆转接头（23）分别安装在热丝TIG焊电源（25）的正负极输出端，热丝电流传感器（24）嵌套于热丝电缆（29）上，工艺参数采集模块（20）嵌套于焊枪电缆（28）上，并与气体流量传感器（21）、送丝速度传感器（22）、电缆转接头（23）和热丝电流传感器（24）相连。

实施例的操作流程如图12所示。

焊接前，先启动监控管理软件，串口通讯单元、图像采集单元和可视化单元开始工作，远程控制焊接图像采集模块运行并打开辅助光源，使坡口、焊枪和钨极的图像出现了监控终端画面中。

焊工从可视化单元中观察钨极的烧损情况，如果不需更换，则从机器人控制器手动遥控机器人本体行走和十字滑块移动，使焊枪准确停留在起焊处。

然后在流量表上调好保护气体流量，在机器人控制器上设置好焊接电流、送丝速度和热丝电流（TIG焊时焊接电压一般随弧长变化故无需设置），并在监控管理软件中录入所有参数（包括脉冲参数）的工艺规范以及焊缝信息。

再对工艺参数采集模块上电，如图11所示，主控芯片程序开始运行并采集焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，但此时焊枪电缆中没有电流通过，采集到的焊接电流始终为零，于是主控芯片自动切断了保护继电器使模块处于高频引弧保护状态，故采集到的焊接电压也为零。

最后，从机器人控制器启动焊接。

焊接时，热丝TIG焊电源首先进行高频引弧，此时工艺参数采集模块与焊接回路之间是隔离状态，不会受到高频高压的影响。

引弧成功后产生了焊接电流，如图11所示，主控芯片程序检测到焊接电流非零后立即接通保护继电器，使工艺参数采集模块能正常采集焊接电压，并继续采集其他工艺参数。

监控终端从工艺参数采集模块获取到非零的焊接电压后，认为引弧成功，工艺分析单元、图像分析单元、数据库存取单元和反馈控制单元也开始工作。

焊接过程中，工艺分析单元实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，并与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据。

图像分析单元实时对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度。

监控终端通过反馈控制单元把上述工艺偏差数据和焊接电压数据实时反馈到机器人控制器，使其能及时调整工艺、修正弧长，保证焊接质量。

可视化单元实时显示焊接动态图像和工艺参数曲线，焊工直观观察熔合情况和机器人的跟踪运动情况，适时从机器人控制器上调整焊枪位置。

焊接结束时，工艺参数采集模块检测到焊接电流为零，于是再次切断保护继电器使模块重新进入高频引弧保护状态，准备下一道焊接。

监控终端在检测到焊接电压为零后，自动停止记录历史数据。

焊接后，通过输入焊缝信息从数据库查找焊接记录，同步回放工艺历史数据和焊接视频，并利用工艺分析单元对焊接质量进行评价。

本申请中的热丝TIG焊电源***是指现有技术中具有热丝TIG功能的弧焊电源均可。

本申请中的焊接机头是指现有技术中各种焊接专机、工业机器人和移动式机器人搭载的用于热丝TIG自动焊的执行机构均可。

本申请中的焊接***控制器是指现有技术中支持ModbusTCP通讯，并能实时控制焊接机头运动以及弧焊电源、送丝机和热丝电源参数的控制器均可。

实施例2：

一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于包括：与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。

所述焊接图像采集子***用于拍摄被焊区域的动态图像，并把图像数据通过千兆以太网远程发送至所述监控终端，反映熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况。

所述工艺参数采集子***用于采集实际的焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，并把这些工艺数据通过RS-485串行总线发送至所述监控终端，反映工艺参数的动态变化。

所述监控终端用于焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的实时显示和焊接质量智能分析，对异常情况及时向用户发出报警，并通过以太网向焊接***控制器作出反馈，此外，还把上述历史数据有序保存到数据库，以便事后分析。

进一步地 ，所述焊接图像采集子***，包括焊接图像采集模块、多连杆支架和POE电源。

其中，多连杆支架用于把焊接图像采集模块安装在焊接机头上，二者随机器人本体到高处或进入狭小空间工作，代替人眼观察；POE电源用于对焊接图像采集模块同时进行远距离供电和数据中继，从而可从100米外的监控终端上进行监测。

进一步地，所述焊接图像采集模块，采用铝合金保护壳隔热防尘，内部包括：工业相机、工业镜头、滤镜、辅助光源和控制电路板。

所述工业相机具有120dB高动态CMOS感光元件，可同时使图像的亮部和暗部都清晰可见。

所述工业镜头具体为电动聚焦镜头，内置电机可在外部电路的驱动下正反转实现电动聚焦，而不再需要人工手拧镜头上的聚焦环，焊接时可随时远程控制，使图像始终处于最佳清晰度。所述滤镜包括：具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜。

采用具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜的组合可大幅削弱图像中弧光的亮度，而保留高温熔池金属的主要可见光谱，使后者清晰可见。

所述辅助光源具体为630nm环形LED光源，用于对被焊区域整体补光，使坡口、焊枪、钨极和焊丝的图像经过滤镜后也清晰可见，以便观察熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况，及时调整工艺、修正位置、更换钨极，避免出现焊接缺陷。

所述控制电路板用于根据外部输入信号驱动镜头电动聚焦和开关辅助光源。

进一步地 ，所述工艺参数采集子***具体包括：工艺参数采集模块，与所述工艺参数采集模块连接的气体流量传感器、送丝速度传感器、电缆转接头和热丝电流传感器。

所述工艺参数采集子***采用传感方式采集实际工艺参数，通用性好，对热丝TIG焊电源的品牌和电气接口没有特殊要求。

所述工艺参数采集模块穿孔嵌套在焊枪电缆上，用于收集各个传感器的数据，把模拟量全部转换为数字量，再以抗干扰能力强的数字通讯方式发送到监控终端。

所述气体流量传感器具体为热式气体流量传感器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的保护气体出口端，利用热扩散原理测量经过其中的保护气体的流速，量程为30L/min，精度±3%。

所述送丝速度传感器具体为增量式编码器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源***的送丝机出口端，通过输出脉冲信号来反映实际送丝速度，量程25m/min，精度±1%。

所述电缆转接头具体为两个三通形式的快速插头，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的正负极输出端，从而从焊接回路中通过高压绝缘导线并联引出一路焊接电压用于测量。

所述热丝电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的热丝电流，原边理论值100A，量程200A，精度±0.5%。

进一步地 ，所述工艺参数采集模块，采用无金属屏蔽效应的ABS塑料保护壳进行防护，其特征在于内部包括：焊接电流传感器、用于电缆转接头连接的保护继电器、用于保护继电器连接的限压保护板和采集通讯板。

所述采集通讯板包括：用于焊接电流传感器、限压保护板、气体流量传感器、送丝速度传感器和热丝电流传感器。

所述焊接电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的焊接电流，原边理论值300A，量程500A，精度±0.2%。

所述保护继电器具体为高压干簧管继电器，最高耐压14KV，可在外部信号控制下，适时连通或切断后级电路与焊接回路的电气连接，实现对TIG焊高频引弧的主动保护。

所述限压保护板一方面通过电阻分压，把0-100V焊接电压（包括空载电压）线性降低到后级电路芯片可承受的范围内，另一方面通过压敏电阻和气体放电管并联，可抑制异常输入的高电压，实现对后级电路的被动保护。

所述采集通讯板一方面对焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的传感器信号进行AD采样，对送丝速度传感信号进行计数，另一方面把转换后的所有工艺数据通过RS-485串行总线远程发送给监控终端，最高可实现1200米的远距离传输，此外，还提供了对保护继电器的控制IO接口。

进一步地，所述采集通讯板，具体包括：模拟信号调理电路，分别与四路模拟信号调理电路连接的AD采样电路，与监控终端连接的串口驱动电路，以及分别与AD采样电路和串口驱动电路连接的嵌入式微控制器。

所述模拟信号调理电路包括ADA4841放大器芯片，一方面把模拟信号进行放大、滤波，另一方面把单端信号转换为双端信号，输出0-5V电压供模数转换。

所述AD采样电路包括四个AD7767芯片，具有24位精度，依次以菊花链形式通过SPI接口连接到嵌入式微控制器，分别用于焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的高精度模数转换。

所述嵌入式微控制器具体为STM32主控芯片，其上运行有嵌入式程序，一方面控制AD采样频率并不断读取采样结果，另一方面基于Modbus RTU通讯协议把监控终端请求的最新工艺数据转换为待发送的帧命令，此外，还根据采集到的焊接电流智能地判断焊接状态，从而输出信号控制保护继电器在高频引弧时及时切断回路，避免高频高压对后级电路的损坏。

所述串口驱动电路包括ADM2682E串口驱动芯片，该芯片自带隔离，把待发送的帧命令转换为电平信号发送给监控终端，实现数据传输。

进一步地 ，所述监控终端具体为工业平板电脑，通过一个千兆以太网接口从焊接图像采集模块接收图像数据，而通过RS-485串行总线从工艺参数采集模块接收实际工艺数据，此外，还通过另一个以太网接口向焊接***控制器进行反馈。软件***采用在.NET平台上开发的监控管理软件，实现了实时监测、工艺分析、图像分析、报警反馈、存储追溯等功能。

进一步地，所述监控管理软件，具体包括：串口通讯单元、图像采集单元、数据库存取单元、工艺分析单元、图像分析单元、可视化单元和反馈控制单元。

所述串口通讯单元基于ModbusRTU通讯协议，向工艺参数采集模块反复查询最新工艺数据。

所述图像采集单元远程控制焊接图像采集模块的工作状态，并通过千兆以太网获取模块采集的图像数据。

所述数据库存取单元采用关系型数据库存储实际工艺参数以及焊缝信息、焊接规范等相关数据，同时，还保存整个焊接过程的视频到对应位置，以便质量问题的追溯。

所述工艺分析单元通过FFT等一系列时频域分析，实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，以便与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据；此外还利用统计方法，分析焊接参数的稳定性、符合度、平稳度等指标，用于事后评价焊接质量。

所述图像分析单元用于对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度。

所述可视化单元用于实际工艺参数曲线和焊接图像的实时显示和报警提示，以及历史工艺数据和焊接过程视频的同步回放。

所述反馈控制单元基于ModbusTCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺偏差数据用于调整工艺和焊接电压数据用于修正弧长。

实施例2：

如图1-12：

一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于包括：与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。

所述焊接图像采集子***用于拍摄被焊区域的动态图像，并把图像数据通过千兆以太网远程发送至所述监控终端，反映熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况。

所述工艺参数采集子***用于采集实际的焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，并把这些工艺数据通过RS-485串行总线发送至所述监控终端，反映工艺参数的动态变化。

所述监控终端用于焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的实时显示和焊接质量智能分析，对异常情况及时向用户发出报警，并通过以太网向焊接***控制器作出反馈，此外，还把上述历史数据有序保存到数据库，以便事后分析。

进一步地 ，所述焊接图像采集子***，包括焊接图像采集模块、多连杆支架和POE电源。

所述多连杆支架用于把焊接图像采集模块安装在焊接机头上，二者随机器人本体到高处或进入狭小空间工作，代替人眼观察；POE电源用于对焊接图像采集模块同时进行远距离供电和数据中继，从而可从100米外的监控终端上进行监测。

进一步地，所述焊接图像采集模块，采用铝合金保护壳隔热防尘，内部包括：工业相机、工业镜头、滤镜、辅助光源和控制电路板。

所述工业相机具有120dB高动态CMOS感光元件，可同时使图像的亮部和暗部都清晰可见。

所述工业镜头具体为电动聚焦镜头，内置电机可在外部电路的驱动下正反转实现电动聚焦，而不再需要人工手拧镜头上的聚焦环，焊接时可随时远程控制，使图像始终处于最佳清晰度。

所述滤镜包括：具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜。

采用具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜的组合可大幅削弱图像中弧光的亮度，而保留高温熔池金属的主要可见光谱，使后者清晰可见。

所述辅助光源具体为630nm环形LED光源，用于对被焊区域整体补光，使坡口、焊枪、钨极和焊丝的图像经过滤镜后也清晰可见，以便观察熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况，及时调整工艺、修正位置、更换钨极，避免出现焊接缺陷。

所述控制电路板用于根据外部输入信号驱动镜头电动聚焦和开关辅助光源。

进一步地 ，所述工艺参数采集子***具体包括：工艺参数采集模块，与所述工艺参数采集模块连接的气体流量传感器、送丝速度传感器、电缆转接头和热丝电流传感器。

所述工艺参数采集子***采用传感方式采集实际工艺参数，通用性好，对热丝TIG焊电源的品牌和电气接口没有特殊要求。

所述工艺参数采集模块穿孔嵌套在焊枪电缆上，用于收集各个传感器的数据，把模拟量全部转换为数字量，再以抗干扰能力强的数字通讯方式发送到监控终端。

所述气体流量传感器具体为热式气体流量传感器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的保护气体出口端，利用热扩散原理测量经过其中的保护气体的流速，量程为30L/min，精度±3%。

所述送丝速度传感器具体为增量式编码器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源***的送丝机出口端，通过输出脉冲信号来反映实际送丝速度，量程25m/min，精度±1%。

所述电缆转接头具体为两个三通形式的快速插头，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的正负极输出端，从而从焊接回路中通过高压绝缘导线并联引出一路焊接电压用于测量。

所述热丝电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的热丝电流，原边理论值100A，量程200A，精度±0.5%。

进一步地 ，所述工艺参数采集模块，采用无金属屏蔽效应的ABS塑料保护壳进行防护，其特征在于内部包括：焊接电流传感器、用于电缆转接头连接的保护继电器、用于保护继电器连接的限压保护板和采集通讯板。

所述采集通讯板包括：用于焊接电流传感器、限压保护板、气体流量传感器、送丝速度传感器和热丝电流传感器。

所述焊接电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的焊接电流，原边理论值300A，量程500A，精度±0.2%。

所述保护继电器具体为高压干簧管继电器，最高耐压14KV，可在外部信号控制下，适时连通或切断后级电路与焊接回路的电气连接，实现对TIG焊高频引弧的主动保护。

所述限压保护板一方面通过电阻分压，把0-100V焊接电压（包括空载电压）线性降低到后级电路芯片可承受的范围内，另一方面通过压敏电阻和气体放电管并联，可抑制异常输入的高电压，实现对后级电路的被动保护。

所述采集通讯板一方面对焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的传感器信号进行AD采样，对送丝速度传感信号进行计数，另一方面把转换后的所有工艺数据通过RS-485串行总线远程发送给监控终端，最高可实现1200米的远距离传输，此外，还提供了对保护继电器的控制IO接口。

进一步地，所述采集通讯板，具体包括：模拟信号调理电路，分别与四路模拟信号调理电路连接的AD采样电路，与监控终端连接的串口驱动电路，以及分别与AD采样电路和串口驱动电路连接的嵌入式微控制器。

所述模拟信号调理电路包括ADA4841放大器芯片，一方面把模拟信号进行放大、滤波，另一方面把单端信号转换为双端信号，输出0-5V电压供模数转换。

所述AD采样电路包括四个AD7767芯片，具有24位精度，依次以菊花链形式通过SPI接口连接到嵌入式微控制器，分别用于焊接电流、焊接电压、气体流量和热丝电流的高精度模数转换。

所述嵌入式微控制器具体为STM32主控芯片，其上运行有嵌入式程序，一方面控制AD采样频率并不断读取采样结果，另一方面基于Modbus RTU通讯协议把监控终端请求的最新工艺数据转换为待发送的帧命令，此外，还根据采集到的焊接电流智能地判断焊接状态，从而输出信号控制保护继电器在高频引弧时及时切断回路，避免高频高压对后级电路的损坏。

所述串口驱动电路包括ADM2682E串口驱动芯片，该芯片自带隔离，把待发送的帧命令转换为电平信号发送给监控终端，实现数据传输。

进一步地 ，所述监控终端具体为工业平板电脑，通过一个千兆以太网接口从焊接图像采集模块接收图像数据，而通过RS-485串行总线从工艺参数采集模块接收实际工艺数据，此外，还通过另一个以太网接口向焊接***控制器进行反馈。软件***采用在.NET平台上开发的监控管理软件，实现了实时监测、工艺分析、图像分析、报警反馈、存储追溯等功能。

进一步地，所述监控管理软件，具体包括：串口通讯单元、图像采集单元、数据库存取单元、工艺分析单元、图像分析单元、可视化单元和反馈控制单元。

所述串口通讯单元基于ModbusRTU通讯协议，向工艺参数采集模块反复查询最新工艺数据。

所述图像采集单元远程控制焊接图像采集模块的工作状态，并通过千兆以太网获取模块采集的图像数据。

所述数据库存取单元采用关系型数据库存储实际工艺参数以及焊缝信息、焊接规范等相关数据，同时，还保存整个焊接过程的视频到对应位置，以便质量问题的追溯。

所述工艺分析单元通过FFT等一系列时频域分析，实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，以便与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据；此外还利用统计方法，分析焊接参数的稳定性、符合度、平稳度等指标，用于事后评价焊接质量。

所述图像分析单元用于对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度。

所述可视化单元用于实际工艺参数曲线和焊接图像的实时显示和报警提示，以及历史工艺数据和焊接过程视频的同步回放。

所述反馈控制单元基于Modbus TCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺偏差数据用于调整工艺和焊接电压数据用于修正弧长。

Claims (18)

1.一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于包括：与焊接机头连接的焊接图像采集子***，与热丝TIG焊电源***连接的工艺参数采集子***，与所述焊接图像采集子***、工艺参数采集子***和焊接***控制器连接的监控终端。

2.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述焊接图像采集子***用于拍摄被焊区域的动态图像，并把图像数据通过千兆以太网远程发送至所述监控终端，反映熔池的熔合情况、焊接机头的跟踪运动情况和钨极的烧损情况。

3.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述工艺参数采集子***用于采集实际的焊接电流、焊接电压、送丝速度、保护气体流量和热丝电流，并把这些工艺数据通过RS-485串行总线发送至所述监控终端，反映工艺参数的动态变化。

4.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述监控终端用于焊接过程中实际工艺参数和焊接图像的实时显示和焊接质量智能分析，对异常情况及时向用户发出报警，并通过以太网向焊接***控制器作出反馈，此外，还把上述历史数据有序保存到数据库，以便事后分析。

5.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述焊接图像采集子***，包括焊接图像采集模块、多连杆支架和POE电源。

6.根据权利要求5所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述焊接图像采集模块，采用铝合金保护壳隔热防尘，其特征在于包括：工业相机、工业镜头、滤镜、辅助光源和控制电路板，所述工业相机具有120dB高动态CMOS感光元件，所述工业镜头具体为电动聚焦镜头，所述滤镜包括：具体为减光镜、635mm窄带通滤镜和705nm近红外截止滤镜，所述辅助光源为630nm环形LED光源，所述控制电路板用于根据外部输入信号驱动镜头电动聚焦和开关辅助光源。

7.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述工艺参数采集子***具体包括：工艺参数采集模块，与所述工艺参数采集模块连接的气体流量传感器、送丝速度传感器、电缆转接头和热丝电流传感器。

8.根据权利要求7所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述气体流量传感器具体为热式气体流量传感器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的保护气体出口端，利用热扩散原理测量经过其中的保护气体的流速，量程为30L/min，精度±3%，所述送丝速度传感器具体为增量式编码器，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源***的送丝机出口端，通过输出脉冲信号来反映实际送丝速度，量程25m/min，精度±1%，所述电缆转接头具体为两个三通形式的快速插头，外置于模块单独安装在热丝TIG焊电源的正负极输出端，从而从焊接回路中通过高压绝缘导线并联引出一路焊接电压用于测量，所述热丝电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的热丝电流，原边理论值100A，量程200A，精度±0.5%。

9.根据权利要求8所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于所述工艺参数采集模块包括：焊接电流传感器、用于电缆转接头连接的保护继电器、用于保护继电器连接的限压保护板和采集通讯板，所述采集通讯板包括：用于焊接电流传感器、限压保护板、气体流量传感器、送丝速度传感器和热丝电流传感器，所述焊接电流传感器具体为霍尔电流传感器，利用闭环霍尔效应测量穿过其中的焊接电流，原边理论值300A，量程500A，精度±0.2%。

10.根据权利要求9所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述保护继电器具体为高压干簧管继电器，最高耐压14KV，可在外部信号控制下，适时连通或切断后级电路与焊接回路的电气连接，实现对TIG焊高频引弧的主动保护。

11.根据权利要求1所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：还包括监控管理软件，所述监控管理软件包括：串口通讯单元、图像采集单元、数据库存取单元、工艺分析单元、图像分析单元、可视化单元和反馈控制单元。

12.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述串口通讯单元基于Modbus RTU通讯协议，向工艺参数采集模块反复查询最新工艺数据。

13.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述图像采集单元远程控制焊接图像采集模块的工作状态，并通过千兆以太网获取模块采集的图像数据。

14.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述数据库存取单元采用关系型数据库存储实际工艺参数以及焊缝信息、焊接规范等相关数据，同时，还保存整个焊接过程的视频到对应位置，以便质量问题的追溯。

15.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述工艺分析单元通过FFT等一系列时频域分析，实时从所采集的焊接电流电压数据中提取出平均值、峰值、基值、脉冲频率、占空比、峰值持续时间、基值持续时间等工艺参数细节，以便与预设工艺规范对比，获得工艺偏差数据；此外还利用统计方法，分析焊接参数的稳定性、符合度、平稳度等指标，用于事后评价焊接质量。

16.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述图像分析单元用于对图像进行滤波去噪、灰度增强等处理，进一步提高对比度。

17.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述可视化单元用于实际工艺参数曲线和焊接图像的实时显示和报警提示，以及历史工艺数据和焊接过程视频的同步回放。

18.根据权利要求11所述一种用于热丝TIG自动焊的远程质量监控***，其特征在于：所述反馈控制单元基于Modbus TCP通讯协议向焊接***控制器反馈工艺偏差数据用于调整工艺和焊接电压数据用于修正弧长。