電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法
【專利摘要】一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法，所述裝置由焊炬、劃線器、電磁閥、氣泵、控制器和劃線板構成；所述劃線器自上而下依次由氣缸、劃線針夾具和劃線針連接而成；所述氣缸固定連接在焊矩上，氣泵、電磁閥、氣缸通過氣管連成氣路；所述方法是控制器的控制信號輸入至電磁閥控制端，實現其氣路切換，改變劃線針的運動方向，控制其在劃線板上的劃痕；焊后通過劃線板上的標記確定工件在開始和結束數據采集位置，并沿著焊接方向在最大熔深位置處對工件切割，打磨，腐蝕，識別熔合線并擬合，從而生成與采集數據同步的熔深信息。本發明用于離線快速測量焊縫熔深信息，并與焊接數據采集信息同步,可方便進行關于熔深的建模和控制研究。
【專利說明】電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法，可用于離線快速測量焊縫熔深信息，并與焊接數據采集信息諸如焊接電流、電壓信號同步，屬于焊接自動化領域。
【背景技術】
[0002]弧焊過程中，熔深是反映焊接質量的一個重要參數，熔深不足或未焊透是造成焊接結構失效的最危險因素，因此，熔深通常是電弧焊控制技術所要關注的最終目標。除了一些場合可以觀測到背面熔寬，并用背面熔寬來替代熔深外，熔深都是難以觀測到的。因此，這也給熔深建模和控制研究帶來困難。目前本領域一般采用垂直焊接方向的截面切割工件的方法，從而觀測熔深及焊縫成形。但在電參數變化時，就難以用有限的截面獲取時刻變化的熔深信息，且此時的熔深信息也難以與電參數等影響熔深測量變量對應。因此，研發一種既可以離線快速測量焊縫熔深信息，又能使熔深信息與其他諸如電弧電壓，電流等信息同步的電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法，已成為本領域的當務之急，其意義和作用十分重大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的技術問題，滿足技術需求，針對本領域焊后通過切割工件獲得的熔深難以與其他諸如焊接電流、電壓等觀測信息同步的問題，提供一種既可以離線快速測量焊縫熔深信息，又能使熔深信息與其他諸如電弧電壓，電流等信息同步的電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法。
[0004]為了達到上述目的，本發明解決技術問題所采取的技術方案是:
[0005]一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置由焊炬、劃線器、電磁閥、氣泵、控制信號、劃線板構成；所述劃線器自上而下依次由氣缸、劃線針夾具和劃線針連接而成；所述氣缸固定連接在所述焊矩上；所述氣泵、電磁閥、氣缸通過氣管相連組成氣路，所述控制器的控制信號輸入至所述電磁閥控制端，實現其氣路切換，所述劃線板垂直于焊炬方向放置，與工件所在平面平行。
[0006]上述所述電磁閥為二位五通氣路電磁閥。
[0007]上述所述劃線器在安裝時，劃線針尖端與焊接電弧中心在焊接方向上的投影位置相同。
[0008]為了達到上述目的，本發明解決技術問題所采取的另一個技術方案是:
[0009]一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的方法，包括以下步驟:
[0010](I)開通氣泵，控制器的控制信號電壓使電磁閥復位，氣路換向使得氣缸活塞向遠尚劃線板方向移動，劃線針與劃線板分尚;
[0011](2)焊接過程中開始數據采集的同時，改變控制器的控制信號電壓，電磁閥置位使得流過氣缸氣流反向，氣缸活塞向靠近劃線板方向運動，劃線針與劃線板接觸，并在整個數據采集過程中都劃線標記；
[0012](3)數據采集結束的同時，改變控制器的控制信號電壓，電磁閥復位，氣路換向使得氣缸活塞向遠離劃線板方向運動，劃線針與劃線板分離；劃線板上劃線部分的開始和結束位置即表示開始數據采集和結束數據采集的部分；
[0013](4)根據劃線板上劃線部分的開始和結束位置，在所焊工件上標定數據采集開始和結束的位置；
[0014](5)沿著所焊工件上標定的數據采集開始和結束位置在垂直于焊縫方向切割工件，并進行打磨，腐蝕，獲取工件最大熔深位置；
[0015](6)沿著焊接方向在工件最大熔深位置處對工件進行切割，并進行打磨，腐蝕，獲取熔合線位置及其圖像；
[0016](7)在PC機上采用人機交互方式對圖像進行熔合線邊緣檢測，提取從劃線開始到劃線結束部分的熔深，并進行擬合，獲得擬合函數；其方法是:
[0017]I)在PC機上對步驟(6)獲得的圖像，利用鼠標先點擊熔合線上多個能反映熔合線變化趨勢的點位置，并保存這些點的坐標，其集合記為集合A ;然后點擊熔深基準線上多個能反映熔深基準線變化趨勢的點位置，并記錄這些點的坐標，其集合記為集合B;為獲取能夠反映熔合線和熔深基準線變化趨勢的點位置坐標的個數為線段彎曲處至少取5個點、線段直線處至少取2個點；
[0018]2)利用集合A采用曲線擬合獲得擬合函數Fl ;利用集合B采用曲線擬合獲得擬合函數F2 ；F1和F2在垂直焊接方向上的距離函數即為熔深的擬合函數F3, F3熔深為用像素點數表示的熔深；
[0019]3)根據圖像距離與實際距離的比例，將F3轉換為熔深擬合函數F4，F4的熔深為實際熔深，F4為步驟(7)的輸出；
[0020](8)根據在線采集的焊接測試信號數目，利用擬合函數插值獲得相同數目的熔深信號，實現同步。
[0021]本發明的一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置及方法的優點和有益效果:
[0022]1、本發明解決了現有技術問題，滿足了技術需求，既可用于離線快速測量焊縫熔深信息，又能使熔深信息與其他諸如電弧電壓，電流等信息同步，還可方便進行關于熔深的建模和控制研究。
[0023]2、本發明的裝置結構簡單，易于實現，成本低。
[0024]3、本發明的方法方便易行，快捷精確，適用廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步裝置的構造框圖；
[0026]圖2為垂直于焊縫方向切割腐蝕工件后的最大熔深位置示意照片圖；
[0027]圖3為沿著焊接方向切割腐蝕后工件照片圖像；
[0028]圖4為窄間隙側壁熔深擬合前后的對比照片圖，其中(a)為擬合前，(b)為擬合后;
[0029]圖中:1.焊炬，2.劃線器，2-1.氣缸，2-2.劃線針夾具，2-3.劃線針，3.電磁閥，4.氣泵，5.控制器，6.劃線板。
【具體實施方式】
[0030]為了加深對本發明的理解，下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步的詳細敘述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。
[0031]如圖1所示，為本發明的一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置，包括電弧焊炬1、劃線器2、二位五通氣路電磁閥3、氣泵4、控制器5、劃線板6。劃線器2由迷你氣缸2-1、劃線針夾具2-2、劃線針2-3連接而成。劃線針2-3被劃線針夾具2_2夾緊，劃線針夾具2-2與迷你氣缸2-1的活塞桿固連。劃線器2固連在焊炬I上。安裝時，劃線針2-3與焊接電弧中心位置在焊接方向上的投影位置相同。劃線板6垂直于焊炬I的方向放置，與工件所在平面平行。氣泵4、二位五通氣路電磁閥3、氣缸2-1氣孔通過氣管相連組成氣路，控制器5的電壓施加在二位五通氣路電磁閥3的控制端，實現其氣路切換，進而改變流經氣缸2-1的氣路方向，最終改變劃線針2-3的運動方向，控制其在劃線板6上的劃痕。
[0032]本發明的一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的方法，包括以下步驟:
[0033](I)數據采集前，開通氣泵4，控制器5發出控制信號，其電壓使二位五通電磁閥3復位，氣路換向使得迷你氣缸2-1中的活塞向遠離劃線板6的方向移動，劃線針2-3與劃線板6分離。
[0034](2)焊接過程中開始數據采集的同時，改變控制器5的控制信號的電壓，二位五通電磁閥3置位使得流過迷你氣缸2-1的氣流反向，氣缸2-1的活塞向靠近劃線板6的方向運動，劃線針2-3與劃線板6接觸，并在整個數據采集過程中都劃線標記。
[0035](3)數據采集結束的同時，改變控制器5控制信號的電壓，二位五通電磁閥3復位，氣路換向使得迷你氣缸2-1的活塞向遠離劃線板6的方向運動，劃線針2-3與劃線板6分離。劃線板6上劃線部分的開始和結束位置即表示開始數據采集和結束數據采集的部分。
[0036](4)根據劃線板6上劃線部分的開始和結束位置，在所焊工件上標定數據采集開始和結束的位置。
[0037](5)沿著所焊工件上標定的數據采集開始和結束位置在垂直于焊縫方向切割工件，并進行打磨，腐蝕，獲取工件最大熔深位置。
[0038]如圖2為開始數據采集位置，垂直于焊縫方向切割工件，并進行打磨，4%硝酸酒精溶液腐蝕后，獲取開始數據采集位置的最大熔深位置Cl1 ；同理，在結束數據采集位置，通過對工件進行垂直于焊縫方向切割，打磨，腐蝕后獲取結束數據采集位置的最大熔深位置d2。工件最大熔深位置如下式計算所得，最終確定工件的最大熔深位置。
【權利要求】
1.一種電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置，其特征在于:由焊炬、劃線器、電磁閥、氣泵、控制器和劃線板構成；所述劃線器自上而下依次由氣缸、劃線針夾具和劃線針連接而成；所述氣缸固定連接在所述焊矩上；所述氣泵、電磁閥、氣缸通過氣管相連組成氣路，所述控制器的控制信號輸入至所述電磁閥控制端，實現其氣路切換，所述劃線板垂直于焊炬方向放置，與工件所在平面平行。
2.根據權利要求1所述的電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置，其特征在于，所述電磁閥為二位五通氣路電磁閥。
3.根據權利要求1所述的電弧焊熔深信息與焊接數據采集信息同步的裝置，其特征在于，所述劃線器在安裝時，劃線針尖端與焊接電弧中心在焊接方向上的投影位置相同。
4.一種根據權利要求1所述的電弧焊接熔深信息與焊接數據采集信息同步的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)開通氣泵，控制器輸出控制信號電壓使電磁閥復位，氣路換向使得氣缸活塞向遠離劃線板方向移動，劃線針與劃線板分尚; (2)焊接過程中開始數據采集的同時，改變控制器的控制信號電壓，電磁閥置位使得流過氣缸氣流反向，氣缸活塞向靠近劃線板方向運動，劃線針與劃線板接觸，并在整個數據采集過程中都劃線標記； (3)數據采集結束的同時，改變控制器的控制信號電壓，電磁閥復位，氣路換向使得氣缸活塞向遠離劃線板方向運動，劃線針與劃線板分離；劃線板上劃線部分的開始和結束位置即表示開始數據采集和結束數據采集的部分； (4)根據劃線板上劃線部分的開始和結束位置，在所焊工件上標定數據采集開始和結束的位置； (5)沿著所焊工件上標定的數據采集開始和結束位置在垂直于焊縫方向切割工件，并進行打磨，腐蝕，獲取工件最大熔深位置； (6)沿著焊接方向在工件最大熔深位置處對工件進行切割，并進行打磨，腐蝕，獲取熔合線位置及其圖像； (7)在PC機上采用人機交互方式對圖像進行熔合線邊緣檢測，提取從劃線開始到劃線結束部分的熔深，并進行擬合，獲得擬合函數； (8)根據在線采集的焊接測試信號數目，利用擬合函數插值獲得相同數目的熔深信號，實現同步。
5.根據權利要求4所述的電弧焊接熔深信息與焊接數據采集信息同步的方法，其特征在于，步驟(7)所述的采用人機交互方式對圖像進行熔合線邊緣檢測，提取從劃線開始到劃線結束部分的熔深，并進行擬合，獲得擬合函數的方法，包括以下步驟: (a)在PC機上對步驟(6)獲得的圖像，利用鼠標先點擊熔合線上多個能反映熔合線變化趨勢的點位置，并保存這些點的坐標，其集合記為集合A ;然后點擊熔深基準線上多個多個能反映熔深基準線變化趨勢的點位置，并記錄這些點的坐標，其集合記為集合B; (b)利用集合A采用曲線擬合獲得擬合函數Fl;利用集合B采用曲線擬合獲得擬合函數F2 ；F1和F2在垂直焊接方向上的距離函數即為熔深的擬合函數F3, F3熔深為用像素點數表示的熔深； (c)根據圖像距離與實際距離的比例，將F3轉換為熔深擬合函數F4，F4的熔深為實際熔深，F4為步驟(7)的輸出。
6.根據權利要求5所述的電弧焊接熔深信息與焊接數據采集信息同步的方法，其特征在于，步驟(a)所述多個能反映熔合線變化趨勢的點位置和所述多個能反映熔深基準線變化趨勢的點位置的坐標變化趨勢的點位置個數為線段彎曲處至少取5個點、線段直線處至少取2個點。
【文檔編號】B23K9/095GK104197886SQ201410407882
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】黎文航, 高凱, 王加友, 楊峰, 朱杰 申請人:江蘇科技大學