CN111451607A - 焊接工艺优化方法和焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种焊接工艺优化方法和焊接装置，其中，该方法包括，首先基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量；其次基于焊接装置的送丝速度和所述某一时间段的时长获取焊接时的理论熔敷量；接着基于所述理论熔敷量与所述实际熔敷量的差值获取焊接时焊料的飞溅量；最后调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。可以将飞溅量作为焊接工艺优化的判断依据，进一步调整焊接工艺参数减少飞溅量，使得理论熔覆量与实际熔覆量差值趋近于稳定，从而促使焊接过程中在焊缝内填料量更加合理，在降低焊接成本的同时，提高焊接质量。

Description

焊接工艺优化方法和焊接装置
技术领域
本发明一般涉及焊缝检测领域，尤其涉及一种焊接工艺优化方法和焊接装置。
背景技术
焊接工艺是制造业最主要加工手段之一，是一个多参数强耦合非线性时变的过程，焊接工人经验的本质是对焊接熔池热力耦合动态平衡的调节与控制。焊接工人在焊接过程中，需要综合焊前工况以及焊接产生的声音、弧光、熔池状态等信息，动态调整焊接参数，从而保证焊缝质量。焊接工人的技能熟练程度，对于焊缝质量影响非常大。为提高焊接效率，越来越多的焊接装置器人应用到制造现场。焊接过程往往会存在焊料飞溅的问题，而飞溅的产生是由于焊接参数的设置参数设置不够合理，导致焊接过程中在焊缝内填料过少造成的。填料不够或过少会导致焊接质量下降，焊接成本提高。由于目前的焊接装置器人不具备类似焊接工人的思考与决策能力，无法根据飞溅情况对焊接参数进行调整，因此需要对飞溅进行定量化，为焊接装置器人的焊接参数设定提供参考。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种焊接工艺优化方法和焊接装置，以获得飞溅量并将其作为焊接工艺优化的判断依据，进一步调整焊接工艺参数减少飞溅量，使得理论熔敷量趋近于实际熔敷量，从而促使焊接过程中在焊缝内填料量更加合理，在降低焊接成本的同时，提高焊接质量。
第一方面，本发明提供一种焊接工艺优化方法，其特殊之处在于，包括：
基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量；
基于焊接装置的送丝速度和所述某一时间段的时长获取焊接时的理论熔敷量；
基于所述理论熔敷量与所述实际熔敷量的差值获取焊接时焊料的飞溅量；
调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。
在一实施例中，基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量的步骤包括：
基于焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积；
基于焊接时所述某一时间段的时长和所述焊接装置的行走速度获取所述焊接装置的行程；
根据所述熔敷截面的面积与所述某一时间段内的所述焊接装置的行程的乘积获得焊接过程中的所述实际熔敷量。
在一实施例中，基于焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积的步骤包括：
初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行；
获取焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像；
对所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像进行拟合操作；
计算所述前侧的激光图像与所述后侧的激光图像上所有点的高度差值，并对所述高度差值进行积分运算，获得熔敷截面的面积。
在一实施例中，对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作的步骤包括：
基于前侧的激光图像识别焊缝坡口的第一组两侧拐点；
基于后侧的激光图像识别焊缝坡口的第二组两侧拐点；
基于所述第一组两侧拐点和所述第二组两侧拐点对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作。在一实施例中，所述焊接装置还包括车体、驱动装置、焊枪和激光跟踪传感器；
初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行的步骤包括：
所述激光跟踪传感器识别焊缝的中心位置；
将所述车体的对称中心线与焊缝的中心位置平行；
所述驱动装置驱动所述焊枪移动至所述焊缝的中心位置上。
在一实施例中，所述激光跟踪传感器包括两个激光跟踪传感器，两个激光跟踪传感器分别设于所述车体的前面和后面；
所述激光跟踪传感器识别焊缝的中心位置的步骤包括：
两个所述激光跟踪传感器分别获得所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像；
分别识别所述前侧的激光图像的两侧拐点的中间点和所述后侧的激光图像的两侧拐点的中间点；
基于所述前侧的激光图像的两侧拐点的中间点与所述后侧的激光图像的两侧拐点的中间点的连线确定所述焊缝的中心位置。
第二方面，本发明提供一种焊接装置，其特殊之处在于，能够执行根据上面所述的焊接工艺优化方法。
根据本申请实施例提供的技术方案，焊接工艺优化方法，首先基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量；其次基于焊接装置的送丝速度和所述某一时间段的时长获取焊接时的理论熔敷量；接着基于所述理论熔敷量与所述实际熔敷量的差值获取焊接时焊料的飞溅量；最后调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。可以将飞溅量作为焊接工艺优化的判断依据，进一步调整焊接工艺参数减少飞溅量，使得理论熔覆量与实际熔覆量差值趋近于稳定，从而促使焊接过程中在焊缝内填料量更加合理，在降低焊接成本的同时，提高焊接质量。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本申请的实施例的焊接工艺优化方法的流程图；
图2是根据本申请的实施例的基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量的步骤图；
图3是根据本申请的实施例的焊接装置的结构框图；
图4是根据本申请的实施例的焊缝的侧视图。
图中：1-焊枪；2-车体；3-驱动装置；5-激光跟踪传感器，6-跟踪控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如背景技术中提到的，焊接过程往往会存在焊料飞溅的问题，而飞溅的产生是由于焊接参数的设置参数设置不够合理，导致焊接过程中在焊缝内填料过少或过多造成的。填料不够或过少会导致焊接质量下降，焊接成本提高。由于目前的焊接装置器人不具备类似焊接工人的思考与决策能力，无法根据飞溅情况对焊接参数进行调整，因此需要对飞溅进行定量化，为焊接装置的焊接参数设定提供参考。
因此，如何对焊接过程中飞溅进行定量化，为焊接装置器人的焊接参数设定提供参考将成为本申请的改进方向。针对上述目的，本申请提供一种焊接工艺优化方法和焊接装置，以获得飞溅量并将其作为焊接工艺优化的判断依据，进一步调整焊接工艺参数减少飞溅量，使得理论熔敷量趋近于实际熔敷量，从而促使焊接过程中在焊缝内填料量更加合理，在降低焊接成本的同时，使得焊接质量提高。
如图1所示，本发明提供一种焊接工艺优化方法。
步骤S10中，基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量；
步骤S20中，基于焊接装置的送丝速度和所述某一时间段的时长获取焊接时的理论熔敷量；
步骤S30中，基于所述理论熔敷量与所述实际熔敷量的差值获取焊接时焊料的飞溅量；
步骤S40中，调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。
可以将根据上述步骤获取的飞溅量作为焊接工艺优化的判断依据，进一步调整焊接工艺参数减少飞溅量，最终达到节省焊料的效果。
如图2所示，在步骤S10中，基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量具体可以包括：
步骤S101，基于焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积；
步骤S102，基于焊接时所述某一时间段的时长和所述焊接装置的行走速度获取所述焊接装置的行程；
步骤S103，根据所述熔敷截面的面积与某一时间段内所述焊接装置的行程的乘积获得焊接过程中的实际熔敷量。
其中，基于焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积具体可以包括：
初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行；
获取焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像；
对所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像进行拟合操作；
计算所述前侧的激光图像与所述后侧的激光图像上所有点的高度差值，并对所述高度差值进行积分运算，获得熔敷截面的面积。
对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作的步骤包括：
基于前侧的激光图像识别焊缝坡口的第一组两侧拐点；
基于后侧的激光图像识别焊缝坡口的第二组两侧拐点；
基于所述第一组两侧拐点和所述第二组两侧拐点对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作。这里注意，前侧的激光图像和后侧的激光图像应当采集的是同一焊接位置的图像，先通过获得前侧的激光图像，待移动焊接装置后侧移动至前侧所在位置时，获得后侧的激光图像。
如图3所示，在本实施例中，所述焊接装置还包括车体2、驱动装置3、焊枪1和激光跟踪传感器5，结合焊接装置的具体结构对焊接装置与焊缝相对位置的调整进行说明。
具体上面所提到的初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行具体可以包括：
所述激光跟踪传感器5识别焊缝的中心位置；
将所述车体2的对称中心线与焊缝的中心位置平行；
所述驱动装置3驱动所述焊枪1移动至所述焊缝的中心位置上。
需要进一步说明的是，所述激光跟踪传感器5包括两个激光跟踪传感器5，两个激光跟踪传感器5分别设于所述车体2前后；
所述激光跟踪传感器5识别焊缝的中心位置具体可以包括：
两个所述激光跟踪传感器5分别获得焊接前焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像和焊接后焊缝在所述焊接装置后侧的激光图像；
分别识别前侧的激光图像和后侧的激光图像的两侧拐点的中间点；
基于所述前侧激光图像的两侧拐点的中间点与所述后侧激光图像的两侧拐点的中间点的连线确定所述焊缝的中心位置。
需要强调的是，上述焊接装置爬行的一段距离等于前面和后面两个激光跟踪传感器之间的距离。即，首先保存前侧的激光跟踪传感器所获取的前侧的激光图像，在焊接装置向前爬行了一段距离，提取后侧的激光跟踪传感器所获取的前侧的激光图像。
为便于对本发明的理解，下面以本发明焊接装置的原理，结合实施例中对焊接工艺优化方法的描述，对本发明进一步举例说明。
所述焊接装置主要包括车体2、焊枪1、驱动装置3、两个激光跟踪传感器5和跟踪控制器6，所述激光跟踪传感器5用于采集车体爬行过程中所述焊缝的焊缝坡口图像并发送给所述跟踪控制器6。可选地，激光跟踪传感器5可以是但不限于CCD传感器。
两个所述激光跟踪传感器5分别获得焊接前焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像和焊接后焊缝在所述焊接装置后侧的激光图像；分别识别前侧的激光图像和后侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点；基于所述前侧激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点与所述后侧激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点的连线确定所述焊缝的中心位置，将所述车体的对称中心线与焊缝的中心位置平行，同时所述驱动装置3驱动所述焊枪1移动至所述焊缝的中心位置上。从而初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行。
焊接装置爬行过程中，设于焊接装置前侧的激光跟踪传感器5识别焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像，设于焊接装置后侧的激光跟踪传感器5识别焊接时焊缝在所述焊接装置后侧的激光图像。激光跟踪传感器5包括一字激光器和相机，所述一字激光器的光轴与所述相机之间成一定角度，优选的夹角为45°。获得激光图像的过程是通过一字激光器发出的激光经所述焊缝反射后由所述相机捕获。
参照图4，对焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像进行图像处理，对所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像进行拟合操作，具体包括：基于前侧的激光图像识别焊缝坡口的第一组两侧拐点；基于后侧的激光图像识别焊缝坡口的第二组两侧拐点；基于所述第一组两侧拐点和所述第二组两侧拐点对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作，使得第一组两侧拐点与第二组两侧拐点重合至G、K两点。
完成拟合操作后，识别焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点A、B和焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点C，以及焊接时焊缝在所述焊接装置后侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点D、E和焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点F。
以焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点A、B的连线所在的直线作为x轴，与x轴垂直且穿过焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点C的直线作为y轴，通过坐标变换获得焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点A、B和焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点C在焊接坐标系下的坐标(-a，0)、(b，0)、(0，0)，以及焊接时焊缝在所述焊接装置后侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点D、E和焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点F在焊接坐标系下的坐标(-d，f)，(e，f)，(0，f)。
根据焊接时焊缝在所述焊接装置前侧的激光图像的焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点和焊缝熔合线与焊缝坡口两侧的交点的中间点在焊接坐标系下的坐标拟合熔敷截面一条边长曲线
Figure BDA0002433831700000091
另一条边长曲线
Figure BDA0002433831700000092
高度H＝f，熔敷截面的面积
Figure BDA0002433831700000093
其中，高度H也可以根据焊接前焊缝距离焊缝坡口的高度H1与焊接时焊缝距离焊缝坡口的高度H2取差值求得。在计算焊缝坡口的H1和H2时，还应当考虑激光跟踪传感器5的激光入射角度的正切值。
计实际熔覆量为M，某一时间段t内焊接装置的行走速度为v1，焊料的密度为ρ，熔敷截面的面积为S1，送丝速度为v2，焊丝截面积为S2，则焊接时的实际熔敷量M＝ρ*S1*∫v1dt，焊接时的理论熔敷量M0＝v2*t*S2*ρ，因而飞溅量Δ＝M-M0，以上不乘密度也可以。
当理论熔覆量＞实际熔覆量时，说明熔化金属量过少，产生了飞溅。可能原因：摆速过快、摆幅过小、停留时间短、焊接电流小等，可通过调整工艺参数优化，尽量减少飞溅量。
下面对工艺参数优化进行说明：
根据可能原因调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。具体核对当前焊料的飞溅量是否在设定焊接工艺参数所在范围，若跳出设定焊接工艺参数所在范围，则通过焊接工艺参数包查找当前焊料的飞溅量所对应的工艺参数，并更新当前焊接工艺参数。
由此，本申请提供了一种可以实时焊接工艺优化方法。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种焊接工艺优化方法，其特征在于，包括：
基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量；
基于焊接装置的送丝速度和所述某一时间段的时长获取焊接时的理论熔敷量；
基于所述理论熔敷量与所述实际熔敷量的差值获取焊接时焊料的飞溅量；
调取焊接工艺参数包，基于所述焊接工艺参数包和所述焊接时焊料的飞溅量对焊接工艺参数进行调整。
2.根据权利要求1所述的焊接工艺优化方法，其特征在于，基于熔敷截面的面积与某一时间段内焊接装置的行程获得焊接时的实际熔敷量的步骤包括：
基于焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积；
基于焊接时所述某一时间段的时长和所述焊接装置的行走速度获取所述焊接装置的行程；
根据所述熔敷截面的面积与所述某一时间段内的所述焊接装置的行程的乘积获得焊接过程中的所述实际熔敷量。
3.根据权利要求2所述的焊接工艺优化方法，其特征在于，基于焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像获得熔敷截面的面积的步骤包括：
初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行；
获取焊接时焊缝在所述焊接装置的前侧的激光图像和后侧的激光图像；
对所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像进行拟合操作；
计算所述前侧的激光图像与所述后侧的激光图像上所有点的高度差值，并对所述高度差值进行积分运算，获得熔敷截面的面积。
4.根据权利要求3所述的焊接工艺优化方法，其特征在于，对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作的步骤包括：
基于前侧的激光图像识别焊缝坡口的第一组两侧拐点；
基于后侧的激光图像识别焊缝坡口的第二组两侧拐点；
基于所述第一组两侧拐点和所述第二组两侧拐点对前侧的激光图像和后侧的激光图像进行拟合操作。
5.根据权利要求3所述的焊接工艺优化方法，其特征在于，所述焊接装置还包括车体、驱动装置、焊枪和激光跟踪传感器；
初始化所述焊接装置的焊接位置，使得所述焊接装置沿着焊缝方向爬行的步骤包括：
所述激光跟踪传感器识别焊缝的中心位置；
将所述车体的对称中心线与焊缝的中心位置平行；
所述驱动装置驱动所述焊枪移动至所述焊缝的中心位置上。
6.根据权利要求5所述的焊接工艺优化方法，其特征在于，所述激光跟踪传感器包括两个激光跟踪传感器，两个激光跟踪传感器分别设于所述车体的前面和后面；
所述激光跟踪传感器识别焊缝的中心位置的步骤包括：
两个所述激光跟踪传感器分别获得所述前侧的激光图像和所述后侧的激光图像；
分别识别所述前侧的激光图像的两侧拐点的中间点和所述后侧的激光图像的两侧拐点的中间点；
基于所述前侧的激光图像的两侧拐点的中间点与所述后侧的激光图像的两侧拐点的中间点的连线确定所述焊缝的中心位置。
7.一种焊接装置，其特征在于，能够执行根据权利要求1至6中的任一项所述的焊接工艺优化方法。
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