一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，用于三維T型焊縫的跟蹤控制，該系統(tǒng)包括人機(jī)交互接口，雙光束焊接控制器，驅(qū)動(dòng)放大單元，二個(gè)焊縫跟蹤傳感器，以及焊縫跟蹤控制接口；雙光束焊接運(yùn)動(dòng)控制器用于完成焊接運(yùn)動(dòng)控制，其發(fā)出的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元放大后，控制弧板以正確姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，弧板左右兩側(cè)十字滑臺(tái)上安裝有激光焊接頭，將分光得到的相同參數(shù)的兩束激光同時(shí)打向三維T型焊縫的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)雙光束激光焊接控制；焊縫跟蹤傳感器在雙光束激光焊接的同時(shí)，從其視覺(jué)區(qū)域?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊縫位置是否有偏差，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給焊縫跟蹤控制接口，由其處理后反饋給雙光束激光焊接控制器，以實(shí)現(xiàn)焊接偏差修正，提高焊接精度。
【專利說(shuō)明】一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床焊接領(lǐng)域，確切的說(shuō)是指一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接工程在制造業(yè)中占有重要的地位，它是僅次于機(jī)械制造業(yè)中的裝配和切削加
工的第三大工程。
[0003]航空、汽車制造及造船等行業(yè)的筋壁板通常采用T型接頭結(jié)構(gòu)，T型接頭的激光焊接質(zhì)量和效率直接影響了這些行業(yè)的發(fā)展速度和激光焊接技術(shù)的應(yīng)用推廣。一般無(wú)約束情況下，高強(qiáng)鋁合金T型接頭結(jié)構(gòu)采用激光焊接時(shí)容易出現(xiàn)變形、氣孔、裂紋和焊縫成形等問(wèn)題，復(fù)雜三維T型焊縫還存在加工路徑難以確定，路徑擬合精度低，變形量大等問(wèn)題。
[0004]目前，實(shí)現(xiàn)T形焊縫焊接的設(shè)備存在嚴(yán)重不足:①三維T形焊縫復(fù)雜多變，難以加工，現(xiàn)在大多為機(jī)器人帶動(dòng)激光焊接頭進(jìn)行焊接，機(jī)器人對(duì)三維路徑加工精度低，擬合性差，加工困難，這是機(jī)器人系統(tǒng)的固有缺陷，此缺陷對(duì)高精度的三維復(fù)雜T型焊縫則更加凸顯②對(duì)T型焊縫一般先焊接T形縫的一側(cè)，再焊接另外一側(cè)。這種加工方法造成兩個(gè)缺點(diǎn)，一是重復(fù)兩次加工，重復(fù)性誤差不可避免；二是先焊接一側(cè)，已經(jīng)產(chǎn)生由焊件溫度變化帶來(lái)的焊接變形，再焊接另外一側(cè)時(shí)焊接路徑已發(fā)生變化，使另外一側(cè)的焊接精度降低，工藝性變差，從根本上創(chuàng)新焊接控制系統(tǒng)已成為不可回避的問(wèn)題；③在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工件的加工、安裝誤差，以及工件的熱變形等，往往使示教路徑偏離焊縫，對(duì)于高精度三維復(fù)雜T型焊縫，即使微小的應(yīng)力變形都有可能對(duì)焊接精度產(chǎn)生影響，難以滿足高質(zhì)量焊接的要求，尋找新穎的檢測(cè)方法就頗具意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，目的在于對(duì)三維T形焊縫尤其是難以加工的復(fù)雜三維T形焊縫，提高加工效率，改善工藝性，并且減少由于路徑誤差、熱變形、安裝誤差等引起的各種焊接誤差，提聞焊接精度。
[0006]本發(fā)明提供的一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，用于三維T型焊縫的跟蹤控制，其特征在于，該系統(tǒng)包括人機(jī)交互接口，雙光束焊接控制器，驅(qū)動(dòng)放大單元，第一焊縫跟蹤傳感器、第二焊縫跟蹤傳感器，以及焊縫跟蹤控制接口 ；
[0007]人機(jī)交互接口與雙光束焊接控制器電信號(hào)連接，雙光束焊接控制器與驅(qū)動(dòng)放大單元電信號(hào)連接；第一、第二焊縫跟蹤傳感器分別安裝在二個(gè)十字滑臺(tái)上，第一、第二焊縫跟蹤傳感器均通過(guò)焊縫跟蹤控制接口與雙光束焊接控制器電信號(hào)連接；所述驅(qū)動(dòng)放大單元用于驅(qū)動(dòng)弧板和二個(gè)十字滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)；
[0008]雙光束焊接運(yùn)動(dòng)控制器用于完成焊接運(yùn)動(dòng)控制，其發(fā)出的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元放大后，控制弧板以正確姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，弧板左右兩側(cè)十字滑臺(tái)上安裝有激光焊接頭，激光焊接頭將分光得到的相同參數(shù)的兩束激光同時(shí)打向三維T型焊縫的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)雙光束激光焊接控制；兩側(cè)十字滑臺(tái)上的第一、第二焊縫跟蹤傳感器在雙光束激光焊接的同時(shí)，從其視覺(jué)區(qū)域?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊縫位置是否有偏差，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給焊縫跟蹤控制接Π ；
[0009]焊縫跟蹤控制接口將該檢測(cè)信號(hào)整定為模擬量信號(hào)，并將其反饋給雙光束激光焊接控制器；雙光束激光焊接控制器根據(jù)接受的模擬量信號(hào)判斷激光束是否偏離焊縫，并在出現(xiàn)偏差時(shí)產(chǎn)生兩路偏差量信號(hào)，再將兩路偏差量信號(hào)做PID整定后形成焊接偏差修正信號(hào)，修正對(duì)驅(qū)動(dòng)放大單元的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，最后，經(jīng)過(guò)修正的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元放大后，改變二個(gè)十字滑臺(tái)的焊接運(yùn)動(dòng)，完成焊接偏差修正。
[0010]本發(fā)明可以對(duì)三維T形焊縫，完成雙光束激光焊接，并在實(shí)現(xiàn)焊接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的跟蹤控制。本發(fā)明通過(guò)高度集成的雙光束焊接控制器同時(shí)控制特有的雙十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性的使兩束激光以同樣的參數(shù)打在T型焊縫兩側(cè)。這種基于創(chuàng)造性焊接方法的焊接控制系統(tǒng)，一次加工完成兩側(cè)焊接，既避免了重復(fù)定位，又能減小焊接變形。通過(guò)新穎使用基于視覺(jué)原理的焊縫跟蹤傳感器，實(shí)時(shí)將焊接偏差反饋給激光焊接控制器，閉環(huán)修正了由于路徑誤差、熱變形、安裝誤差引起的微小誤差，提高了焊接質(zhì)量，這種雙邊跟蹤策略是將視覺(jué)傳感器技術(shù)創(chuàng)造性的應(yīng)用于雙光束激光焊接控制系統(tǒng)上，改變了以往陳舊的焊接工藝，提聞了焊接精度。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)整體框架圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的雙光束焊接前端結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的雙光束焊接跟蹤控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]對(duì)于三維T型焊縫，采用激光焊接的加工困難，工藝性差。因?yàn)榧す夂附哟蠖酁闄C(jī)器人帶動(dòng)激光焊接頭進(jìn)行焊接，機(jī)器人對(duì)三維路徑加工精度低，擬合性差，加工困難，這是機(jī)器人系統(tǒng)的固有缺陷，此缺陷對(duì)高精度的三維復(fù)雜T型焊縫則更加明顯。并且機(jī)器人只能固定的焊接T形焊縫的一側(cè)，兩側(cè)焊接則需要兩臺(tái)機(jī)器人加工，兩臺(tái)不同的機(jī)器人就不能控制T型焊縫兩側(cè)加工參數(shù)相同，造成焊接工藝的不確定性。
[0015]目前針對(duì)T型焊縫的加工工藝，普遍采用先用激光束打在焊縫一側(cè)，使一邊先焊接完成，再重新定位，加工另外一側(cè)。這種加工方法造成兩個(gè)缺點(diǎn)，一是重復(fù)兩次加工，重復(fù)性誤差不可避免，二是先焊接一側(cè)，已經(jīng)產(chǎn)生由焊件溫度變化帶來(lái)的焊接變形，再焊接另外一側(cè)時(shí)焊接路徑已發(fā)生變化，焊接完成后，另外一側(cè)的焊接精度大大降低，工藝性極差。這兩個(gè)焊接缺點(diǎn)是現(xiàn)在的焊接控制系統(tǒng)無(wú)法采用避免的。而本控制系統(tǒng)，通過(guò)高度集成的雙光束焊接控制器同時(shí)控制特有的雙十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性的使兩束激光以同樣的參數(shù)打在T型焊縫兩側(cè)。這種基于創(chuàng)新工藝的新型焊接控制系統(tǒng)，一次加工完成兩側(cè)焊接，既避免了重復(fù)定位，又能減小焊接變形。
[0016]針對(duì)三維T型焊縫的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，激光焊接能量大，引起的應(yīng)力集中不可避免，對(duì)于高精度三維復(fù)雜T型焊縫，即使微小的應(yīng)力變形都有可能對(duì)焊接精度產(chǎn)生影響。本發(fā)明在兩邊的焊接頭上都安裝焊縫跟蹤傳感器檢測(cè)微小誤差，形成閉環(huán)反饋，以提高焊接精度。[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，包括人機(jī)交互接口 1，雙光束焊接控制器2，驅(qū)動(dòng)放大單元3，第一、第二焊縫跟蹤傳感器6、7，以及焊縫跟蹤控制接口 8。
[0019]人機(jī)交互接口 I與雙光束焊接控制器2電信號(hào)連接，雙光束焊接控制器2與驅(qū)動(dòng)放大單元3電信號(hào)連接。
[0020]第一、第二焊縫跟蹤傳感器6、7均為視覺(jué)傳感器，分別安裝在第一、第二十字滑臺(tái)
4、5上，第一、第二焊縫跟蹤傳感器6、7通過(guò)焊縫跟蹤控制接口 8與雙光束焊接控制器2電信號(hào)連接。
[0021]人機(jī)交互接口 I負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面顯示的管理、控制系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、對(duì)用戶輸入的參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)與處理等工作，例如系統(tǒng)狀態(tài)顯示、圖形顯示、參數(shù)輸入、運(yùn)動(dòng)程序編程等。
[0022]雙光束焊接控制器2集成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的響應(yīng)、底層的雙光束焊接運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)等功能，包括焊接啟停、位置和速度控制等。
[0023]所述驅(qū)動(dòng)放大單元3用于驅(qū)動(dòng)十字滑臺(tái)4、5運(yùn)動(dòng)。
[0024]人機(jī)交互接口 I和雙光束焊接控制器2基于以太網(wǎng)通信協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)線連接進(jìn)行通信。雙光束焊接運(yùn)動(dòng)控制器2發(fā)出的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元3的放大后，驅(qū)動(dòng)十字滑臺(tái)4、5運(yùn)動(dòng)。
[0025]如圖2所示，兩個(gè)十字滑臺(tái)4、5根據(jù)工藝要求按照一定角度、一定距離安裝在弧板14上，具體來(lái)說(shuō):(1)雙光束激光焊接的兩條激光束均位于三維焊縫曲線的法平面內(nèi)；(2)兩條激光束與T型焊縫所在底板成一定30°左右角度；(3)兩束焊接激光的焦點(diǎn)嚴(yán)格落在兩側(cè)三維焊縫的中心位置。在焊接運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙光束焊接控制器2控制安裝弧板14以正確的姿態(tài)進(jìn)行焊接運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)十字滑臺(tái)4、5上固聯(lián)的焊接頭9、10發(fā)出激光束，分別打在三維T形焊縫11的左右兩條焊縫上，實(shí)現(xiàn)左右焊縫的雙光束同時(shí)焊接的控制。
[0026]焊縫跟蹤傳感器6、7隨十字滑臺(tái)4、5 —起運(yùn)動(dòng)，在雙光束焊接的同時(shí)從其視覺(jué)區(qū)域12實(shí)時(shí)的檢測(cè)焊縫位置，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給焊縫跟蹤控制接口 8。
[0027]如圖3所示，在雙光束激光焊接時(shí)，由于工件安裝誤差、熱變形導(dǎo)致的焊接路徑偏差，可按照?qǐng)D3所示的流程進(jìn)行焊接時(shí)的焊縫跟蹤。雙光束焊接時(shí)，當(dāng)兩個(gè)焊縫跟蹤傳感器6、7實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫位置，并把檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給焊縫跟蹤控制接口 8，焊縫跟蹤控制接口 8將該檢測(cè)信號(hào)整定為適用于雙光束激光焊接控制器2的模擬量信號(hào)，并將其發(fā)送出去。雙光束激光焊接控制器2接受模擬量信號(hào)并判斷激光束是否偏離焊縫，一旦出現(xiàn)可控的微小偏差，雙光束激光焊接控制器2便產(chǎn)生兩路偏差量信號(hào)，之后將偏差量信號(hào)做PID整定后形成焊接偏差修正信號(hào)修正對(duì)驅(qū)動(dòng)放大單元3的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，最后，經(jīng)過(guò)修正的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，改變雙光束十字滑臺(tái)4、5的焊接運(yùn)動(dòng)，完成焊接偏差修正。
[0028]如圖3所示，根據(jù)此焊接流程，雙光束激光焊接及其焊縫跟蹤最終形成閉環(huán)控制，并且此閉環(huán)控制在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行，即實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)判斷、實(shí)時(shí)調(diào)整，最終由實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制確保了雙光束激光焊接的效率和精度。[0029]本雙光束激光焊接及其焊縫跟蹤對(duì)三維T形焊縫，采用高效的雙光束激光焊接控制，改變了以往只能先焊接一邊，再焊接另外一邊的陳舊工藝，并且雙光束同時(shí)焊接保證了兩側(cè)參數(shù)的同步性，大大提高焊接雙邊焊接的可控性。對(duì)于三維T型焊縫高速高精的要求，相比于一般最高速度4-5米/分鐘的速度，本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最大的跟蹤速度可以達(dá)到9米/分鐘。將視覺(jué)傳感器應(yīng)用于雙光束焊接的雙路跟蹤控制，大大提高了微小焊縫的焊接檢測(cè)精度，
[0030]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，用于三維T型焊縫的跟蹤控制，其特征在于，該系統(tǒng)包括人機(jī)交互接口，雙光束焊接控制器，驅(qū)動(dòng)放大單元，第一焊縫跟蹤傳感器、第二焊縫跟蹤傳感器，以及焊縫跟蹤控制接口 ； 人機(jī)交互接口與雙光束焊接控制器電信號(hào)連接，雙光束焊接控制器與驅(qū)動(dòng)放大單元電信號(hào)連接；第一、第二焊縫跟蹤傳感器分別安裝在二個(gè)十字滑臺(tái)上，第一、第二焊縫跟蹤傳感器均通過(guò)焊縫跟蹤控制接口與雙光束焊接控制器電信號(hào)連接；所述驅(qū)動(dòng)放大單元用于驅(qū)動(dòng)弧板和二個(gè)十字滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)； 雙光束焊接運(yùn)動(dòng)控制器用于完成焊接運(yùn)動(dòng)控制，其發(fā)出的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元放大后，控制弧板以正確姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，弧板左右兩側(cè)十字滑臺(tái)上安裝有激光焊接頭，激光焊接頭將分光得到的相同參數(shù)的兩束激光同時(shí)打向三維T型焊縫的兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)雙光束激光焊接控制；兩側(cè)十字滑臺(tái)上的第一、第二焊縫跟蹤傳感器在雙光束激光焊接的同時(shí)，從其視覺(jué)區(qū)域?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊縫位置是否有偏差，并將檢測(cè)信號(hào)傳送給焊縫跟蹤控制接口 ； 焊縫跟蹤控制接口將該檢測(cè)信號(hào)整定為模擬量信號(hào)，并將其反饋給雙光束激光焊接控制器；雙光束激光焊接控制器根據(jù)接受的模擬量信號(hào)判斷激光束是否偏離焊縫，并在出現(xiàn)偏差時(shí)產(chǎn)生兩路偏差量信號(hào)，再將兩路偏差量信號(hào)做PID整定后形成焊接偏差修正信號(hào)，修正對(duì)驅(qū)動(dòng)放大單元的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)，最后，經(jīng)過(guò)修正的焊接運(yùn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大單元放大后，改變二個(gè)十字滑臺(tái)的焊接運(yùn)動(dòng)，完成焊接偏差修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光束焊接焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，第一焊縫跟蹤傳感器和第二焊縫跟蹤傳感器均為視覺(jué)傳感器。
【文檔編號(hào)】B23K26/30GK103801825SQ201410039698
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】龔時(shí)華, 梁斌焱, 王鑫潤(rùn), 顏鵬, 李斌, 王平江 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)