CN116618797A - 一种基于焊缝实时监测技术的智能tig焊***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***及方法。该***包括TIG焊接装置、监测装置、数据处理装置及外加磁场电弧调节装置；所述监测装置与数据处理装置连接；所述数据处理装置与TIG焊接装置连接、外加磁场电弧调节装置连接。能够同时监测焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布等多种参数，监测角度更加全面，并且做到在监测的同时对焊接工艺进行优化，提高生产效率和质量指标，解决焊缝实时监测***大多使用单一的监测手段，难以保证监测结果的准确，且缺少专门针对TIG焊的焊缝实时监测产品的问题。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***及方法。
背景技术
电弧焊是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程，它是目前应用最广泛、工艺最成熟的一种熔焊方法，占焊接生产总量的60％以上。其中钨极氩弧焊(简称TIG焊)是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法，在氩弧焊过程中钨电极并不熔化，相比熔化极电弧焊，其具有电弧稳定、热输入易调整、飞溅小等优势，特别适合焊接薄板或小尺寸的金属工件。
现代焊接工艺正逐渐向着自动化、智能化的方向发展，对于TIG焊等相对成熟的焊接工艺的智能化发展有着巨大的需求。其中焊缝实时监测技术可以在焊接过程中对焊缝的熔深、熔宽、表面状态等数据进行跟踪识别，判断焊缝的质量是否符合要求，从而为工艺优化提供参考。该技术目前在国内外均有一定的研究，也已经在实际生产中有所应用。针对不同的焊接工艺，监测***的组成机构有着显著的区别，这主要是因为不同焊接工艺的原理有所区别，监测***所监测的数据以及向工艺端的反馈均存在差异，因此不同焊接工艺的实时监测技术均需要独立开发。
发明内容
本发明提供了一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***及方法，将焊缝视觉识别、温度监测、高度监测三套实时监测***整合起来，能够同时监测焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布等多种参数，监测角度更加全面，并且做到在监测的同时对焊接工艺进行优化，提高生产效率和质量指标，解决焊缝实时监测***大多使用单一的监测手段，难以保证监测结果的准确，且缺少专门针对TIG焊的焊缝实时监测产品的问题。
本发明技术方案结合附图说明如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，包括TIG焊接装置、监测装置、数据处理装置及外加磁场电弧调节装置；所述监测装置与数据处理装置连接；所述数据处理装置与TIG焊接装置连接、外加磁场电弧调节装置连接。
进一步的，所述TIG焊接装置包括TIG焊机和焊接机器人；所述焊接机器人与TIG焊机连接。
进一步的，所述监测装置包括视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置；所述视觉识别装置为一台CCD相机；所述实时测温装置为一台比色测温仪；所述激光测距装置为一台激光测距仪。
进一步的，所述数据处理装置包括：
对比分析模块，用于将采集的数据与焊缝信息数据库中设定的合理参数进行比对，确认本次工序所获得焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；对于超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法；
焊缝信息数据库模块，用于设定合理的参数；
工艺参数调控模块，用于将调用补偿方法对TIG焊装置的参数进行优化；
所述视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置均与比对分析模块连接。
进一步的，所述数据处理装置为一种终端；所述终端包括处理器和存储器。
进一步的，所述TIG焊装置的参数包括电流、电压和焊接速度。
进一步的，所述外加磁场电弧调节装置为一套电磁场生成设备；所述外加磁场电弧调节装置与工艺参数调控模块连接。
第二方面，本发明还提供了一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法，通过一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***实现，包括以下步骤：
步骤一、TIG焊接装置对放置在载物台上的工件进行焊接；
步骤二、监测装置对焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布进行实时采集；
步骤三、数据处理装置接收监测装置采集的数据进行比对，确认本次工序所获得的焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；若超出合理范围作出相应的补偿，并将补偿指令发送给外加磁场电弧调节装置。
进一步的，所述步骤三中，若超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法。
进一步的，所述步骤三中，若超出合理范围的数据，外加磁场电弧调节装置对弧焊焊点进行微调，直至在合理范围内。
本发明的有益效果为：
1)本发明将焊缝视觉识别、温度监测、高度监测三套实时监测***整合起来，能够同时监测焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布等多种参数，监测角度更加全面；
2)本发明搭建了焊缝信息数据库模块及工艺参数调控模块，做到在监测的同时对焊接工艺进行优化，提高生产效率和质量指标；
3)本发明将TIG焊的外加磁场电弧调节技术与实时监测技术相结合，使该焊接***能根据实时获取的焊缝质量数据调整包括磁场强度、磁场方向、电流、电压、焊接速度等工艺参数，确保熔池状态及焊缝质量达到最优；
4)本发明经证实能够起到优化焊接工艺的作用，对比试验表明使用本***得到的某型号钢板的焊接接头强度为442MPa，为母材的95％，相比未使用本***，提高了约14％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明所述一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***的结构示意图；
图2为本发明所述一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法的流程示意图；
图3为数据处理装置的结构示意图。
图中：
1、TIG焊接装置；
2、监测装置；
3、数据处理装置；
4、外加磁场电弧调节装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
实施例一
参阅图1，本实施例提供了一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，包括TIG焊接装,1、监测装置2、数据处理装置3及外加磁场电弧调节装置4；所述监测装置2与数据处理装置3连接；所述数据处理装置3与TIG焊接装置1连接、外加磁场电弧调节装置4连接。
所述TIG焊接装置1包括TIG焊机和焊接机器人；所述焊接机器人与TIG焊机连接。
所述监测装置2包括视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置；所述视觉识别装置为一台CCD相机，用于实时获取熔池的图像数据，从而实现对熔池及匙孔的监测；所述实时测温装置为一台比色测温仪，用于对熔池温度进行实时测量；所述激光测距装置为一台激光测距仪，用于对焊缝区域各部位的高度进行测量。
本发明将焊缝视觉识别、温度监测、高度监测三套实时监测***整合起来，能够同时监测焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布等多种参数，监测角度更加全面。
参阅图3，所述数据处理装置3包括：
对比分析模块，用于将采集的数据与焊缝信息数据库中设定的合理参数进行比对，确认本次工序所获得焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；对于超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法；
焊缝信息数据库模块，用于设定合理的参数；
工艺参数调控模块，用于将调用补偿方法对TIG焊装置的参数进行优化；
所述视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置均与比对分析模块连接。
所述数据处理装置为一种终端；所述终端包括处理器和存储器。
所述TIG焊装置的参数包括电流、电压和焊接速度。
所述外加磁场电弧调节装置4为一套电磁场生成设备，所生成的磁场强度与方向受到工艺参数调控***控制，当局部出现熔深过深或过浅的情况，利用磁场实现对弧焊焊点的微调，结合TIG焊装置各参数的优化，使熔池状态及焊缝质量达到最优。
本发明将TIG焊的外加磁场电弧调节技术与实时监测技术相结合，使该焊接***能根据实时获取的焊缝质量数据调整包括磁场强度、磁场方向、电流、电压、焊接速度等工艺参数，确保熔池状态及焊缝质量达到最优；
实施例二
本实施例提供了一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法，通过实施例一提供的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***实现，包括以下步骤：
步骤一、TIG焊接装置1对放置在载物台上的工件进行焊接；
步骤二、监测装置2对焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布进行实时采集；
步骤三、数据处理装置3接收监测装置采集的数据进行比对，确认本次工序所获得的焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；若超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法。
当局部出现熔深过深或过浅的情况，利用磁场实现对弧焊焊点的微调，结合TIG焊装置4各参数的优化。
实施例三
当焊接开始时，将工件放置在载物台上，在实施例三中所用工件为不锈钢板，母材抗拉强度为466MPa，厚度3mm，焊缝长度100mm。输入设置好的电流、电压、焊接速度等参数，由机器人自动执行焊接，在实施例三中，焊接参数如下：电压10V，电流140A，焊接速度2m/min。
所述监测装置2由视觉识别装置、实时测温装置、激光测距装置组成。在焊接进行的同时，视觉识别装置的CCD相机、温度监测装置的比色测温仪及高度监测装置的激光测距仪将开始工作，采集已经形成的焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布等数据。
所述数据处理装置3由数据对比分析模块、焊缝信息数据库模块及工艺参数调控模块组成。其中数据对比分析模块负责接收监测装置2所采集的数据，并将其与焊缝信息数据库模块中焊缝质量较为理想的对应数据进行对比。对于超出合理范围的数据，该软件可以通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法。随后，工艺参数调控模块将调用补偿方法对TIG焊装置1的电流、电压、焊接速度等参数进行优化。
所述外加磁场电弧调节装置4主要由一套电磁场生成设备组成，该设备所生成的磁场强度与方向受到工艺参数调控***控制，当局部出现熔深过深或过浅的情况，利用磁场实现对弧焊焊点的微调，结合TIG焊装置各参数的优化，使熔池状态及焊缝质量达到最优。
在实施例三中，***经过比对，认为本次焊接工艺所形成的焊缝总长度为30mm，其中在13-14mm位置出现熔宽过大、熔深过深的问题，经过分析，***调整了磁场强度为21.7mT，磁场方向为垂直焊缝方向，使电弧在该位置的作用时间有所减少，从而消除了可能出现的焊接缺陷。最后测得该焊缝抗拉强度约为442MPa，作为对比使用同型号TIG焊装置对同种钢板进行焊接，得到的抗拉强度约为385MPa，本发明使该型号钢板的焊缝强度提升了14％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，包括TIG焊接装置、监测装置、数据处理装置及外加磁场电弧调节装置；所述监测装置与数据处理装置连接；所述数据处理装置与TIG焊接装置连接、外加磁场电弧调节装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述TIG焊接装置包括TIG焊机和焊接机器人；所述焊接机器人与TIG焊机连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述监测装置包括视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置；所述视觉识别装置为一台CCD相机；所述实时测温装置为一台比色测温仪；所述激光测距装置为一台激光测距仪。
4.根据权利要求3所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述数据处理装置包括：
对比分析模块，用于将采集的数据与焊缝信息数据库中设定的合理参数进行比对，确认本次工序所获得焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；对于超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法；
焊缝信息数据库模块，用于设定合理的参数；
工艺参数调控模块，用于将调用补偿方法对TIG焊装置的参数进行优化；
所述视觉识别装置、实时测温装置和激光测距装置均与比对分析模块连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述数据处理装置为一种终端；所述终端包括处理器和存储器。
6.根据权利要求4所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述TIG焊装置的参数包括电流、电压和焊接速度。
7.根据权利要求4所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***，其特征在于，所述外加磁场电弧调节装置为一套电磁场生成设备；所述外加磁场电弧调节装置与工艺参数调控模块连接。
8.一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法，通过一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊***实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、TIG焊接装置对放置在载物台上的工件进行焊接；
步骤二、监测装置对焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布进行实时采集；
步骤三、数据处理装置接收监测装置采集的数据进行比对，确认本次工序所获得的焊缝的熔宽、熔深、匙孔、熔池温度分布、高度分布是否处于合理范围内；若超出合理范围作出相应的补偿，并将补偿指令发送给外加磁场电弧调节装置。
9.根据权利要求8所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法，所述步骤三中，若超出合理范围的数据，通过分析数据的获取时间，确定出现缺陷或故障的具体工序，并结合数据库的信息给出工艺补偿方法。
10.根据权利要求8所述的一种基于焊缝实时监测技术的智能TIG焊的方法，所述步骤三中，若超出合理范围的数据，外加磁场电弧调节装置对弧焊焊点进行微调，直至在合理范围内。
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| CN117620363A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-01 | 张家港华程机车精密制管有限公司 | 一种异型管焊接机及其控制*** |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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