[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

说明书

本公开提供了一种实现盲区焊缝在线评估与控制系统。该盲区焊缝在线评估与控制系统，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，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，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，焊接系统依照该运动控制指令对待焊接母材进行焊接。本公开可以实时估计熔池的位置信息，为运动机构提供运动控制指令，实现了闭环控制，有效可靠地完成焊接任务。

技术领域

本公开涉及焊接自动化技术领域，尤其涉及一种可对盲区焊缝实现在线评估与控制的解决方案。

背景技术

焊接熔池包含有丰富的信息，熔池传感与控制系统的研究是焊接研究一个重要领域。焊接熔池是影响焊接质量的重要因素，熔池的尺寸(正面熔宽、熔深或背面熔宽、余高)直接关系到焊接接头的力学性能，焊接过程中熔池尺寸的稳定对于焊接质量的保证是非常重要的；另外，熔池中包含着丰富的信息，在焊接实践中，熟练的焊工主要是通过观察熔池的变化等因素来调整焊接参数获得满意的焊缝成形。

但是焊接工况总是千差万别，经常会遇到待焊接区域所在位置空间狭小，工人操作非常困难。如果焊缝会出现在操作空间过小，甚至相对隐蔽处，焊接工人无法用眼直接观察到焊缝，因而焊接工作难以顺利进行，像这种焊接任务我们称之为“盲区焊接”，简称“盲焊”。盲区焊接任务对工人的技术水平要求高。通常只有极其优秀熟练的焊接工人才可以胜任，他们除了依靠眼睛以外，还可以依靠耳朵，手感以及其他自身感觉进行操作，没有多年的经验积累往往难以掌握这种技能。

以铝电解行业母线连接处阴极钢棒和铝-钢爆炸焊板的连接问题为例，待焊接工位位于地下，进行操作时非常不方便，严重增加了施工难度，上述问题一直是加快铝厂大修进度的瓶颈。若采用气电立焊技术实现阴极钢棒和爆炸焊钢片的连接时，焊缝四周由焊接母材和水冷滑块遮挡，难以通过视觉以及其他传感手段直接获取熔池信息，形成了盲区焊缝。图8是待焊接区域盲区示意图，如图8所示，由于采用气电立焊工艺，阴极钢板，铝钢爆炸焊板和水冷滑块四处遮挡形成的待焊接区域成为视觉盲区，导致焊缝在空间上没有合适的位置和角度对熔池进行直接观察。

现有的弧压传感技术可以实现焊枪的自动提升，保证焊枪提升速度和熔池上升匹配；但是无法实现焊接的全闭环控制，很容易造成与母材粘丝和撞枪，严重影响焊接质量和效率。由此可见一个可以提供盲区焊缝在线评估与控制的系统是非常有必要的，通过间接的分析获取焊枪的位置信息，进而有效控制焊接质量。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于红外热像仪的盲区焊缝在线评估与控制系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了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，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，焊接系统依照该运动控制指令对待焊接母材进行焊接。

优选地，在本公开的一些实施例中，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。