專利名稱：全位置自動化焊接系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測、自動控制技術領域，具體應用在焊接過程控制及焊縫自動跟蹤中，適合目前多種野外長輸管線的建設。
背景技術：
目前野外長輸管線的建設上很多施工單位都采用的是人工半自動焊接，半自動焊接設備投入少，人員組成靈活，但它每天能實現的焊口量在30— 40 口，且焊接質量受焊工個人素質影響較大。而此自動化焊接設備每天能實現的焊口量在80—100 口，且焊接質量能得到有效保證。但是，由于各種因素的影響，實際焊接條件經常發(fā)生變化而造成焊接效率和焊接質量下降甚至失敗。此自動化焊接設備的關鍵是如何實現成本下降和質量提升，一直以來人們嘗試了許多焊接方法，它們在應用中都存在一定局限性。目前此自動化焊接設備，具有焊接效率高、非接觸式傳感、靈敏度精度高、抗電磁場干擾能力強等優(yōu)點，被認為是野外焊接施工設備的主要發(fā)展方向。為了確保焊接件的焊接質量，盡量降低人為因素對其影響，縮短生產周期，勢必研究一種焊接精度高能夠滿足現場復雜多變的焊接條件的自動焊接設備。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一種全位置自動化焊接系統(tǒng)，焊接過程中根據焊矩所在位置不同自動匹配相應的焊接規(guī)范；焊接過程中在線檢測焊矩對于焊縫的相對位置實現焊矩自動跟蹤焊縫；其焊接質量高、速度快，可以實現在野外長輸管線高效自動化焊接的設備，并能適應各種野外環(huán)境，克服目前長輸管線建設施工效率低、施工周期長以及焊接質量的問題。為了達到上述設計目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種全位置自動化焊接系統(tǒng)。本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的有益效果是:其焊接質量高、速度快，可以實現在野外長輸管線高效自動化焊接的設備，并能適應各種野外環(huán)境。通過機頭采集的焊接絕對位置計算得出當前相應的規(guī)范，由焊機、行走電機、送絲電機、擺動電機等實現相應的焊接規(guī)范，保證在相應的位置執(zhí)行相應的焊接規(guī)范。通過采集電壓、電流及送絲的實際值，計算焊接中心位置，使焊接中心始終處于焊縫中心。焊接所采樣的數據是實時的數據，不存在超前或滯后，所以也就沒有超前或滯后誤差。蓋面時由于焊縫坡口已經不存在，很多現有跟蹤設備都無法對其進行精確跟蹤。本發(fā)明提出了一，在蓋面前的填充層將焊道跟蹤數據存儲起來，蓋面時焊縫若不明顯無法準確跟蹤的情況下，選擇上次記錄的焊槍位置數據作為示教跟蹤。二，在進行蓋面焊接時，由于自動化管線施工焊縫一般較為標準，可將兩焊炬在水平位置上錯開一定距離，使得即使焊縫中心有偏移的情況下，也能將其蓋住。
采用FPGA進行前端采樣，并對前端采樣數據進行了必要的處理，硬件上最大限度的濾出了干擾，節(jié)約了 CPU對數據處理的時間，保證了跟蹤的實時性。


圖1是本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的示意圖。圖2為本發(fā)明所述的全位置自動化焊接系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的最佳實施方案作進一步的詳細的描述。如圖1所示，所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數據進行運算處理，中心控制器根據當前的位置運算處理的結果給出相應的焊接指令，電源適配器根據中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，機頭部分獲得驅動信號控制焊炬運動，實現焊縫跟蹤過程實時控制。所述焊接機頭模塊，用于執(zhí)行焊接命令，控制焊接位置，采集焊接位置信息。所述焊接機頭模塊上安裝有:①焊槍擺動機構，實現焊槍的擺動，可實現(T20毫米的擺動幅行走機構，實現機頭在焊接軌道上行走，速度為0-1.5米/分；干伸控制機構，可實現干伸±20毫米調節(jié)電機控制部件、電機驅動部件控制電機。所述中心控制器能根據不同位置給出相應的焊接規(guī)范，在焊接時能同時跟蹤水平方向和垂直方向，且水平方向跟蹤精度小于0.3_、垂直方向跟蹤精度小于1_。中心控制器安裝有:①送絲機構，可使用0.9^2.0毫米直徑的焊絲，絲速范圍為0-25米/分；②電流電壓采樣傳感器，可采樣電壓范圍為(TlOO伏特，電流范圍為(T600安培。所述電源適配器，可匹配不同品牌型號的焊接電源，可實現電源特性的控制(電源有特性控制接口)，能控制電源的啟停，控制輸出電壓及電流，可采樣焊接電源輸出電源電壓。所述遙控操作模塊，主要用于實現人機交互功能。可以實時微調焊接規(guī)范、焊槍偏移、焊接前的焊接準備工作。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設有電流傳感器，電流傳感器為隔離性霍爾感應電流傳感器，焊接電纜穿過電流傳感器，FPGA對電流傳感器的電流值進行采樣計算得出當前電流值。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設有電壓傳感器，電壓傳感器為隔離性霍爾感應電壓傳感器，焊接電壓的取樣點直接位于焊接工件和焊炬，最大程度上減少了計算誤差FPGA對電壓傳感器的電壓值進行采樣計算得出當前電壓值。所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設有冷卻水箱，可供2把焊槍持續(xù)400A焊接時的冷卻。

所述的中心控制器，對焊接跟蹤過程中的環(huán)境光線不敏感，對焊縫位置偏移進行了合理的處理。所述中心控制器，其人機交互界面設置可顯示當前焊接的實際參數及焊接運行的位置，可顯示預設的焊接參數。其人機交互界面操作簡單，清晰明了。
所述中心控制器主要包括DSP運算處理模塊、FPGA采樣處理模塊、電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊、送絲控制模塊，FPGA對電壓傳感器和電流傳感器的值采樣濾波后計算得出當前電流電壓值，該電流電壓值送到DSP參與運算，最終得出的結果通過485通訊送到機頭部分控制電機的轉動，最終達到控制焊炬自動跟蹤焊縫的目的。所述中心控制器，根據選擇的焊絲直徑、當前的焊接電壓、焊接電流、送絲速度、當前焊槍擺動位置的數學關系能方便的計算出焊接過程中焊槍水平中心、垂直高度兩個方向的偏差。跟蹤精度能精確0.3mm。所述中心控制器，用戶可以選擇是否進行高度跟蹤、是否進行焊接中心位置跟蹤，不必對所有焊道都進行跟蹤處理，有利于適應各種工作環(huán)境。所述中心控制器，由于焊接所采樣的數據是實時的數據，不存在超前或滯后，所以也就沒有超前或滯后誤差。所述中心控制器，在跟蹤過程中對于外界環(huán)境突變，處理單元采用特殊算法對其進行了處理，不會出現電機轉速突變的現象，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力有很大的提升。所述處理單元，其對各部件的運行情況都進行了采集，當某部件的運行狀態(tài)不正確時，人機界面會顯示相應的錯誤代碼告知用戶。如圖2所示，所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，由機頭控制器采樣絕對位置通過MAX489送到中心控制器，中心控制器根據不同位置計算得出當前的焊接動作，中心控制器將當前焊接動作通過MAX489發(fā)給焊接機頭模塊和電源適配器，焊接機頭模塊根據中心控制器指令執(zhí)行相應的行走及擺動，電源適配器根據中心控制器指令執(zhí)行相應的焊接電壓或焊接電流以及相應的電弧特性，送絲裝置由中心控制器直接控制；中心控制器采樣實際焊接電流焊接電壓和送絲速度及擺動所處參數執(zhí)行位置，計算得出焊縫的中心位置由MAX489發(fā)送給機頭擺動部分執(zhí)行跟蹤焊道。本發(fā)明對各種焊縫類型、各種焊接工藝都很實用。此自動化焊接裝置從硬件上最大限度的解決了野外現場施工的工況要求，采用最直接的焊接體現量一電流和電壓來提取焊縫中心位置，使用FPGA來提取電流電壓及其濾波算法，有效降低單次運算時間，DSP來進行焊縫中心位置算法，使其算法的實現難度及時間要求大大降低，其算法的實現還具有較強的抗干擾能力和較高的跟蹤精度。本發(fā)明還對野外長輸管線施工提出了一種新的解決方案。圖2為全位置自動化焊接系統(tǒng)的流程圖，其具體操作步驟為:
步驟一、系統(tǒng)初始化,包括液晶顯示初始化、焊接參數初始化等；
步驟二、等待操作指令，焊接前應先調節(jié)焊槍初始位置，包括焊槍距離工件高度，焊槍角度；準備好焊接用保護氣體，為焊接做準備；
步驟三、啟動焊接，采用自動焊接、手動焊接相結合的方式進行焊接；
步驟四、停止焊接；
步驟五、退出系統(tǒng)，系統(tǒng)設置了掉電檢測，系統(tǒng)退出瞬間保存當前的焊接參數，以備下一次開機時調用。所述步驟三中焊接過程的兩種方式:一、自動焊接，開機后調節(jié)焊槍的初始位置，焊接啟動，系統(tǒng)根據采集到的電流電壓以及當前位置來自動控制焊槍的擺動擺弧、擺動高度，焊槍橫向位置、送絲速度等參數進行焊接；二，手動焊接，焊接過程中若人工對焊槍的位置、擺動、焊接參數進行調整，系統(tǒng)先響應人的操作指令，自動跟蹤對正在受人工調節(jié)的參數暫停調節(jié)，待人為調節(jié)完了再對其進行自動調節(jié)。本具體實施方式
只本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能對本發(fā)明進行限定，具體各項權利保護范圍由權利要求書限定。
權利要求
1.一種全位置自動化焊接裝置，其特征在于:主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數據進行運算處理，中心控制器根據當前的位置運算處理的結果給出相應的焊接指令，電源適配器根據中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，獲得驅動信號控制焊炬運動，實現焊縫跟蹤過程實時控制； 所述焊接機頭模塊，用于執(zhí)行焊接命令，控制焊接位置，采集焊接位置信息； 所述中心控制器能根據不同位置給出相應的焊接規(guī)范，在焊接時能同時跟蹤水平方向和垂直方向，且水平方向跟蹤精度小于0.3mm、垂直方向跟蹤精度小于Imm ； 所述電源適配器，用于實現電源特性的控制，控制電源的啟停，控制輸出電壓及電流，采樣焊接電源輸出電源電壓； 所述遙控操作模塊，主要用于實現人機交互功能，實時微調焊接規(guī)范、焊槍偏移、焊接前的焊接準備工作。
2.根據權利要求1所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述焊接機頭模塊上設有焊槍擺動控制模塊、行走控制模塊和干伸控制模塊，所述焊槍擺動控制模塊實現焊槍的擺動，可實現(T2 0毫米的擺動幅；所述焊槍擺動控制模塊實現機頭在焊接軌道上行走，速度為0-1.5米/分；所述干伸控制機構，實現干伸±20毫米調節(jié)。
3.根據權利要求2所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述中心控制器上安裝送絲機構和電流電壓采樣傳感器，送絲機構使用0.擴2.0毫米直徑的焊絲，絲速范圍為0-25米/分；電流電壓采樣傳感器采樣電壓范圍為(TlOO伏特，電流范圍為(T600安培。
4.根據權利要求3所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述全位置自動化焊接系統(tǒng)，還設有電流傳感器、電壓傳感器。
5.根據權利要求4所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于:所述中心控制器主要包括DSP運算處理模塊、FPGA采樣處理模塊、電流傳感器模塊、電壓傳感器模塊、送絲控制模塊，FPGA對電壓傳感器和電流傳感器的值采樣濾波后計算得出當前電流電壓值，該電流電壓值送到DSP參與運算，最終得出的結果通過485通訊送到機頭部分控制電機的轉動，最終達到控制焊炬自動跟蹤焊縫的目的。
6.根據權利要求5所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于，其系統(tǒng)操作流程如下: 步驟一、系統(tǒng)初始化,包括液晶顯示初始化、焊接參數初始化等； 步驟二、等待操作指令，焊接前應先調節(jié)焊槍初始位置，包括焊槍距離工件高度，焊槍角度；準備好焊接用保護氣體，為焊接做準備； 步驟三、啟動焊接，采用自動焊接、手動焊接相結合的方式進行焊接； 步驟四、停止焊接； 步驟五、退出系統(tǒng)，系統(tǒng)設置了掉電檢測，系統(tǒng)退出瞬間保存當前的焊接參數，以備下一次開機時調用。
7.根據權利要求6所述的全位置自動化焊接裝置，其特征在于，步驟三中焊接過程有兩種方式:一、自動焊接，開機后調節(jié)焊槍的初始位置，焊接啟動，系統(tǒng)根據采集到的電流電壓以及當前位置來自動控制焊槍的擺動擺弧、擺動高度，焊槍橫向位置、送絲速度等參數進行焊接；二，手動焊接，焊接過程中若人工對焊槍的位置、擺動、焊接參數進行調整，系統(tǒng)先響應人的操作指令，自動跟蹤對正在受人工調節(jié)的參數暫停調節(jié)，待人為調節(jié)完了再對其進行自 動調節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全位置自動化焊接裝置，主要包括焊接機頭模塊、中心控制器、焊接電源模塊、電源適配器、遙控操作模塊，焊接機頭模塊將當前焊炬的位置信息發(fā)送給中心控制器，中心控制器對數據進行運算處理，中心控制器根據當前的位置運算處理的結果給出相應的焊接指令，電源適配器根據中心控制器的焊接指令控制焊接電源的輸出，獲得驅動信號控制焊炬運動，實現焊縫跟蹤過程實時控制。焊接過程中根據焊矩所在位置不同自動匹配相應的焊接規(guī)范；焊接過程中在線檢測焊矩對于焊縫的相對位置實現焊矩自動跟蹤焊縫；其焊接質量高、速度快，可以實現在野外長輸管線高效自動化焊接的設備，并能適應各種野外環(huán)境。
文檔編號B23K9/32GK103203517SQ20121001249
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權日2012年1月16日
發(fā)明者李榮東, 李堂權 申請人:成都熊谷加世電器有限公司