[发明专利]基于红外热像仪的盲区焊缝在线评估与控制系统

权利要求书

1.一种基于红外热像仪的盲区焊缝在线评估与控制系统，用于采用气电立焊技术进行焊接作业时实现对狭小空间盲区焊缝的自动连接，包括：

焊接系统，用于对待焊接母材进行焊接；

红外热像仪，对准所述焊接母材的可观察区域，给出可观察区域的温度场信息，用于对该焊接母材进行焊接状态监测；

运动机构，用于调节焊接系统相对于焊接母材的位置；

控制器，连接至所述焊接系统、红外热像仪和运动机构，用于接收红外热线仪给出的温度场信息，根据该温度场信息得到焊接状态信息并产生焊接控制指令和运动控制指令；

其中，所述运动机构依照该焊接控制指令调节焊接系统相对于焊接母材的位置，所述焊接系统依照该运动控制指令对待焊接母材进行焊接；

所述控制器包括：

热成像红外图像采集器，用于实现对焊接母材可观察区域的温度场图像的采集；

热成像温度特征提取器，用于利用温度场图像提取温度场的特征，得到电弧热核和熔池对应热核面积；

熔池位置估计器，用于利用温度场图像及提取的温度场的特征信息，采用熔池温度场的有限元分析手段，进行对比，得到熔池估计位置；

运动机构位置控制器，用于将熔池位置的估计器反馈回来的熔池估计位置用于闭环控制，实时调整运动机构位置，进而改变焊枪位置，实现对焊接过程的控制；

焊接系统控制器，用于控制焊接过程的起弧，灭弧，焊接过程中调整焊接电压和电流参数；

主控模块，连接至所述热成像红外图像采集器、热成像温度特征提取器、熔池位置估计器、运动机构位置控制器及焊接系统控制器，用于对所述热成像红外图像采集器、热成像温度特征提取器、熔池位置估计器、运动机构位置控制器及焊接系统控制器进行协调和控制。

2.根据权利要求1所述的盲区焊缝在线评估与控制系统，其中，所述红外热像仪包括：

红外图像采集模块，用于根据焊接过程造成整个焊接母材温度的变化，对焊接母材可观察区域温度场信息进行观察，

存储及传输模块，用于对红外图像采集模块采集的温度场信息进行存储，并传输到所述控制器，间接地对熔池的位置信息做出实时估计，得到焊接状态信息。

3.根据权利要求2所述的盲区焊缝在线评估与控制系统，其中，所述控制器还包括：

错误处理器，连接至所述主控模块，用于控制整个焊接过程中的各种错误操作，保证系统可靠稳定地运行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的盲区焊缝在线评估与控制系统，其中：

所述焊接系统包括：

焊枪，用于对待焊接母材进行焊接，所述焊枪保证不接触焊接工位，防止撞枪；

所述运动机构包括：

提升机构，用于焊接过程中焊枪的提升；

摆动机构，用于实现焊接过程中水平往复运动；以及

姿态调整机构，用于调整焊枪和待焊接工位的相对位姿。

5.根据权利要求4所述的盲区焊缝在线评估与控制系统，其中，所述焊接系统还包括：

焊接电源，用于焊接过程控制，调整焊接电压、电流参数，控制送丝速度；

水冷系统，包括水冷滑块和水冷箱，水冷滑块用于贴紧焊接母材保证熔池不会侧流，水冷箱用于保证整个水循环系统的正常工作；以及

气瓶，用于提供焊接保护气。

6.根据权利要求5所述的盲区焊缝在线评估与控制系统，其中，

所述主控模块，用于根据焊板外侧表面的温度场变化情况，判断焊枪水平运动是否平行于焊板：

如果熔池对应热核基本保持不变，表明焊枪水平方向始终保持与焊板平行；

如果熔池对应热核变大或者变小，表明焊枪与焊板贴的过近或者过远；

所述运动机构位置控制器，用于根据主控模块对熔池对应热核的判断结果控制焊枪水平运动，使焊枪位于焊缝的中心位置。