本發(fā)明涉及焊接控制系統(tǒng)，具體為一種基于位移控制的焊接方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、焊接技術(shù)在多個行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用，特別是在汽車制造、航空航天、重型機(jī)械等領(lǐng)域。現(xiàn)有的焊接技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了多次技術(shù)進(jìn)步，從傳統(tǒng)的手工焊接到自動化焊接，再到近年的智能焊接。自動化焊接系統(tǒng)大大提高了焊接作業(yè)的效率和精度，同時減少了人為誤差。尤其是在自動化路徑跟蹤和焊接參數(shù)控制方面，現(xiàn)有技術(shù)已在許多工業(yè)應(yīng)用中得到了成熟應(yīng)用。

2、經(jīng)檢索，中國專利（公開號：cn117506079a）公開了高效深熔弧焊焊接系統(tǒng)及方法，該專利包括圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、送絲機(jī)構(gòu)以及擺動焊槍，該專利不改變焊接電流強(qiáng)度，在特定電弧寬度值和橢圓度值范圍內(nèi)，采用電極旋轉(zhuǎn)與焊槍擺動的方式實時改變焊接電流的原有運動狀態(tài)，在厚板及超厚板的表面實現(xiàn)一次填充+蓋面焊接成型的目的。圖像采集系統(tǒng)采回電弧相關(guān)參數(shù)，經(jīng)控制系統(tǒng)分析判斷后，自動調(diào)節(jié)焊槍相關(guān)參數(shù)，提高焊接效率和焊縫質(zhì)量。

3、目前的焊接路徑控制方法通常依賴于簡單的預(yù)設(shè)路徑或單一的反饋機(jī)制，與實時焊接數(shù)據(jù)與環(huán)境條件的變化結(jié)合較差，這使得焊接過程中的位置偏差、焊接參數(shù)的不當(dāng)調(diào)整或外界干擾，導(dǎo)致的焊接質(zhì)量問題往往無法及時被識別與糾正。為了解決這些問題，如何將圖像采集、熱數(shù)據(jù)分析和焊接路徑控制結(jié)合起來，實時優(yōu)化焊接過程，已成為焊接技術(shù)發(fā)展的重要方向，因此本發(fā)明提出了一種基于位移控制的焊接方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供了一種基于位移控制的焊接方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提到的問題。

2、本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種基于位移控制的焊接系統(tǒng)，包括：焊接模塊、位移驅(qū)動模塊、采集模塊和計算模塊；

3、所述采集模塊包括圖像單元和熱數(shù)據(jù)單元；

4、在焊接作業(yè)前，圖像單元采集待焊接物件的位置數(shù)據(jù)，并上傳至計算模塊；

5、所述計算模塊基于待焊接物件位置數(shù)據(jù)，設(shè)置有對應(yīng)的預(yù)設(shè)焊接路徑和模擬圖層，并且計算模塊在預(yù)設(shè)焊接路徑上設(shè)置多個檢測點；

6、所述位移驅(qū)動模塊在正式焊接作業(yè)前，帶動焊接模塊基于預(yù)設(shè)焊接路徑進(jìn)行一次移動，并生成移動過程中的預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)，并且位移驅(qū)動模塊將預(yù)設(shè)移動數(shù)據(jù)上傳至計算模塊，作為后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

7、并且計算模塊基于各個檢測點，將預(yù)設(shè)移動數(shù)據(jù)劃分成多段子數(shù)據(jù)，用于方便后續(xù)的對比；

8、在進(jìn)入焊接作業(yè)后，所述位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊沿預(yù)設(shè)焊接路徑進(jìn)行二次移動，并且在移動的同時，焊接模塊進(jìn)行焊接作業(yè)，同時位移驅(qū)動模塊將二次移動時產(chǎn)生的實際移動數(shù)據(jù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸至計算模塊；

9、計算模塊在位移驅(qū)動模塊工作時，將預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)與實際移動數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若二者偏差在預(yù)設(shè)的位移偏差閾值內(nèi)，則計算模塊基于實際移動數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)的重合范圍，以預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在模擬圖層中對應(yīng)的區(qū)域生成虛擬焊接路徑；

10、虛擬焊接路徑為計算模塊以焊接模塊的焊接端口為基礎(chǔ)，并結(jié)合預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)與實際移動數(shù)據(jù)的重合范圍，在模擬圖層中生成的焊接物件的理想焊接熔池部位；

11、在計算模塊識別到位移驅(qū)動模塊移動至預(yù)設(shè)焊接路徑上的檢測點后，則焊接模塊停止焊接，圖像單元和熱數(shù)據(jù)單元啟動；

12、圖像單元采集實時的工作圖像數(shù)據(jù)，并上傳至計算模塊，工作圖像數(shù)據(jù)包括待焊接物件的位置以及其表面的焊接熔池部位；

13、熱數(shù)據(jù)單元采集待焊接物件的焊接熔池部位的紅外圖像作為溫度數(shù)據(jù)上傳至計算模塊；

14、通過設(shè)置多個檢測點，可以預(yù)留出焊接模塊的工作間隙，避免焊接模塊在焊接時產(chǎn)生的光亮對采集模塊的數(shù)據(jù)采集造成影響；

15、所述計算模塊在接收工作圖像數(shù)據(jù)后，對其進(jìn)行分析，獲取待焊接物件實際位置的校準(zhǔn)圖層及焊接物件表面的實際焊接路徑；

16、所述計算模塊將校準(zhǔn)圖層與模擬圖層對齊，并計算實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度與實際焊接路徑中焊接部位的焊接質(zhì)量；

17、最終，計算模塊檢測溫度數(shù)據(jù)、實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度以及焊接質(zhì)量是否符合預(yù)設(shè)的質(zhì)量要求；

18、當(dāng)所有項均符合對應(yīng)的質(zhì)量要求時，則計算模塊向移驅(qū)動模塊和焊接模塊發(fā)送繼續(xù)工作指令，位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊沿預(yù)設(shè)焊接路徑移動至下一檢測點的同時，焊接模塊繼續(xù)執(zhí)行焊接作業(yè)；

19、當(dāng)任一項不符合對應(yīng)的質(zhì)量要求時，則計算模塊向移驅(qū)動模塊和焊接模塊發(fā)送停止工作指令，并且計算模塊發(fā)出警示信息；

20、在此實施例中，實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度為理想焊接熔池部位與實際焊接路徑之間的偏差，其質(zhì)量要求為：通過將路徑偏差與預(yù)設(shè)的路徑偏差閾值進(jìn)行對比，在路徑偏差小于路徑偏差閾值時，則符合質(zhì)量要求，反之則不符合；

21、并且；為t時刻的實際焊接路徑；為t時刻的虛擬焊接路徑；

22、焊接質(zhì)量符合預(yù)設(shè)的質(zhì)量要求為：計算模塊對工作圖像數(shù)據(jù)中的焊接熔池部位進(jìn)行檢測，通過圖像識別的方法，焊接熔池部位表面的完整性進(jìn)行檢測，例如焊接熔池部位表面是否存在裂紋、氣孔、焊接缺陷等；

23、同時計算模塊使用邊緣檢測的方法對焊接熔池部位表面是否存在明顯的波紋、凹陷或不規(guī)則的形態(tài)，若是存在，則說明可能存在路徑偏差或焊接參數(shù)不當(dāng)，其焊接質(zhì)量的判定為不符合質(zhì)量要求。

24、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：在進(jìn)行一次移動前，采集模塊對焊接模塊的初始位置進(jìn)行檢測，以識別焊接模塊是否位于預(yù)設(shè)焊接路徑的起點；

25、當(dāng)焊接模塊未位于預(yù)設(shè)焊接路徑的起點時，采集模塊將焊接模塊的初始位置上傳至計算模塊，計算模塊通過計算焊接模塊的初始位置與待焊接物件的初始焊接部位的距離，生成對應(yīng)的調(diào)整路徑；

26、在后續(xù)位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊沿調(diào)整路徑移動時，計算模塊通過采集模塊實時監(jiān)測焊接模塊的位置，直至焊接模塊移動至待焊接物件的預(yù)設(shè)焊接路徑起點；

27、最后，計算模塊將位移驅(qū)動模塊的位數(shù)數(shù)據(jù)重置，以方便后續(xù)提取預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)。

28、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：焊接熔池部位的溫度數(shù)據(jù)包括溫度值、溫度梯度和溫度范圍，計算模塊對溫度數(shù)據(jù)是否符合對應(yīng)質(zhì)量要求的方法，包括：

29、a1、計算模塊接收紅外圖像后，將其進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括：

30、去噪和增強(qiáng)：采用中值濾波的方法對采集到的紅外圖像進(jìn)行去噪處理，以消除由環(huán)境因素（如煙霧、焊接光亮等）導(dǎo)致的干擾；

31、圖像對比度調(diào)整：提升圖像對比度，確保溫度差異明顯，便于后續(xù)提取焊接熔池部位；

32、a2、計算模塊采用閾值分割從紅外圖像中分割出高溫區(qū)域作為焊接熔池部位；

33、a3、計算模塊基于焊接熔池部位的邊界，使用分隔線將焊接熔池部位沿實際焊接路徑劃分成多個判定部位；

34、a4、計算模塊對于各個判定部位，從紅外圖像中提取對應(yīng)的溫度值，即將紅外圖像中的亮度值與熱數(shù)據(jù)單元采用的紅外傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計算出對應(yīng)的溫度值；

35、計算模塊對各個判定部位的溫度值是否處于預(yù)設(shè)的溫度閾值范圍內(nèi)進(jìn)行檢測；

36、如果每個判定部位的溫度值都在該范圍內(nèi)，則溫度值符合質(zhì)量要求；

37、如果有任何一個判定部位的溫度值超出溫度閾值范圍，說明焊接過程存在問題，可能導(dǎo)致焊接缺陷；

38、a5、計算模塊使用相鄰判定部位的溫度值計算焊接熔池部分的溫度梯度，即焊接熔池部位不同區(qū)域的溫度變化率，其具體步驟為：

39、計算模塊以單次焊接流程中兩個檢測點（或者檢測點與預(yù)設(shè)焊接路徑的起始點或終點）之間的焊接熔池部分最靠近焊接模塊的判定部位為基準(zhǔn)部位，并計算其余判定部位與基準(zhǔn)部位之間的溫度差，并將溫度差除以對應(yīng)判定部位與基準(zhǔn)部位之間的距離，從而得到溫度梯度；

40、計算模塊在每次移動至預(yù)設(shè)焊接路徑的檢測點時，將焊接熔池部分中對應(yīng)部分的溫度梯度與預(yù)設(shè)的梯度范圍進(jìn)行對比；

41、當(dāng)溫度梯度不超過預(yù)設(shè)的梯度范圍時，則判定溫度梯度符合質(zhì)量要求；

42、當(dāng)溫度梯度超過預(yù)設(shè)的梯度范圍時，則說明溫度分布不均勻，焊接質(zhì)量可能受到影響；

43、a6、計算模塊將各個分隔線的中心點進(jìn)行連接，作為焊接熔池部位的整體中間線；

44、并且計算模塊計算各個判定部位兩側(cè)邊界到中間線的距離，隨后計算模塊計算判定部位兩側(cè)邊界到中間線的距離波動；

45、若距離波動不大于預(yù)設(shè)的波動閾值范圍，說明焊接熔池部位的對稱性良好，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，則判定溫度范圍符合質(zhì)量要求；

46、若距離波動大于預(yù)設(shè)的波動閾值范圍，可能表示焊接過程不穩(wěn)定或焊接路徑存在問題，則判定溫度范圍不符合質(zhì)量要求；

47、a7、計算模塊對焊接熔池部位的溫度值、溫度梯度和溫度范圍進(jìn)行檢測，當(dāng)任一項不符合質(zhì)量要求時，則計算模塊判定溫度數(shù)據(jù)不符合質(zhì)量要求。

48、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：計算模塊基于各個檢測點，將預(yù)設(shè)移動數(shù)據(jù)劃分成多段子數(shù)據(jù)；

49、計算模塊在生成預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)的子數(shù)據(jù)時，將子數(shù)據(jù)與第一時間軸進(jìn)行綁定，第一時間軸包括多個第一時間點，即在理想狀態(tài)下，子數(shù)據(jù)各個時間點的數(shù)據(jù)均匹配對應(yīng)的第一時間點；

50、計算模塊在采集實際位移數(shù)據(jù)時，生成實際位移數(shù)據(jù)各個數(shù)據(jù)對應(yīng)的第二時間點；

51、計算模塊計算子數(shù)據(jù)和實際位移數(shù)據(jù)中相同的數(shù)據(jù)對應(yīng)的第一時間點和第二時間點，計算數(shù)據(jù)響應(yīng)延遲，。

52、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：所述計算模塊基于相鄰檢測點之間的焊接熔池部位區(qū)域是否符合質(zhì)量要求，對響應(yīng)延遲的處理方法包括：

53、當(dāng)焊接熔池部位區(qū)域符合質(zhì)量要求時，計算模塊將實際位移數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)在起始檢測點重新對齊，即在焊接模塊移動至下一檢測點時，二者在對應(yīng)的路徑起點，以相同的數(shù)據(jù)為錨點重新匹配數(shù)據(jù)，；

54、當(dāng)焊接熔池部位區(qū)域不符合質(zhì)量要求時，計算模塊將響應(yīng)延遲導(dǎo)出并進(jìn)行記錄，以方便后續(xù)檢查時備用。

55、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：所述采集模塊包括加工環(huán)境監(jiān)測單元，加工環(huán)境監(jiān)測單元用于在焊接模塊執(zhí)行焊接作業(yè)時，對加工環(huán)境中的噪音數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)根據(jù)第二時間軸分別以和的格式進(jìn)行采集；

56、為時間點的噪音數(shù)據(jù)，為時間點的振動數(shù)據(jù)；

57、計算模塊將實際位移數(shù)據(jù)與噪聲數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)在第二時間軸上進(jìn)行同步，確保每個時間點的數(shù)據(jù)對應(yīng)；

58、并且計算模塊會將噪聲數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)與實際位移數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)：；為時間點時的實際位移數(shù)據(jù)；

59、若某時間噪聲數(shù)據(jù)或振動數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的噪聲閾值或振動閾值，將該時間點進(jìn)行記錄，作為檢測時間點。

60、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：計算模塊在焊接模塊移動至檢測點暫時停止焊接時，通過采集模塊獲取檢測時間點時的實際位移數(shù)據(jù)，并將虛擬焊接路徑中對應(yīng)檢測時間點的部位，與實際焊接路徑中對應(yīng)檢測時間點的部位進(jìn)行對比；

61、若實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度不符合質(zhì)量要求，并且不符合質(zhì)量要求的位置與二者對應(yīng)檢測時間點的部位相同，則計算模塊判斷焊接作業(yè)中可能受到環(huán)境因素的影響，并進(jìn)一步調(diào)整焊接參數(shù)（如焊接電流、焊接速度等）以減小環(huán)境干擾對路徑的影響，并且記錄噪聲數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)在檢測時間點的實際數(shù)值，作為后續(xù)噪聲數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)的警戒值。

62、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)在于：所述計算模塊將噪聲數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)的警戒值的傳輸至加工環(huán)境監(jiān)測單元；

63、所述加工環(huán)境監(jiān)測單元將實時采集的噪音數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)與警戒值進(jìn)行實時對比，當(dāng)實時噪聲數(shù)據(jù)和實時振動數(shù)據(jù)任一項超過對應(yīng)的警戒值后，加工環(huán)境監(jiān)測單元向計算模塊發(fā)送警示信號；

64、計算模塊基于警示信號控制焊接模塊、位移驅(qū)動模塊停止工作，并且通過采集模塊檢測待焊接物件的焊接熔池部位，計算溫度數(shù)據(jù)、實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度以及焊接質(zhì)量是否符合預(yù)設(shè)的質(zhì)量要求；

65、當(dāng)計算模塊確定各項均符合質(zhì)量要求時，則計算模塊將噪聲數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)對應(yīng)的警戒值進(jìn)行下降。

66、本發(fā)明還公開了一種基于位移控制的焊接方法，該方法包括以下步驟：

67、s1、在焊接作業(yè)前，圖像單元采集待焊接物件的位置數(shù)據(jù)，并上傳至計算模塊；

68、計算模塊基于位置數(shù)據(jù)，生成預(yù)設(shè)焊接路徑和模擬圖層，并且計算模塊沿預(yù)設(shè)焊接路徑設(shè)置多個檢測點；

69、s2、位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊沿預(yù)設(shè)焊接路徑進(jìn)行一次移動，并生成預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)上傳至計算模塊，作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

70、s3、焊接作業(yè)過程中，位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊進(jìn)行二次移動，計算模塊實時采集實際焊接路徑數(shù)據(jù)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

71、計算模塊將預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)與實際路徑數(shù)據(jù)對比，若實際移動數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)的偏差在預(yù)設(shè)的位移偏差閾值內(nèi)，則計算模塊基于實際移動數(shù)據(jù)對預(yù)設(shè)位移數(shù)據(jù)的重合范圍，在模擬圖層中生成對應(yīng)的虛擬焊接路徑；

72、s4、在位移驅(qū)動模塊達(dá)到檢測點后，圖像單元采集實時的工作圖像數(shù)據(jù)，并上傳至計算模塊；

73、熱數(shù)據(jù)單元采集待焊接物件的焊接熔池部位的紅外圖像作為溫度數(shù)據(jù)上傳至計算模塊；

74、s5、計算模塊在接收工作圖像數(shù)據(jù)后，對其進(jìn)行分析，獲取待焊接物件實際位置的校準(zhǔn)圖層及焊接物件表面的實際焊接路徑；

75、所述計算模塊將校準(zhǔn)圖層與模擬圖層對齊，并計算實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度與實際焊接路徑中焊接部位的焊接質(zhì)量；

76、最終，計算模塊檢測溫度數(shù)據(jù)、實際焊接路徑與虛擬焊接路徑的偏差度以及焊接質(zhì)量是否符合預(yù)設(shè)的質(zhì)量要求；

77、當(dāng)所有項均符合對應(yīng)的質(zhì)量要求時，位移驅(qū)動模塊帶動焊接模塊沿預(yù)設(shè)焊接路徑移動至下一檢測點，并且同時焊接模塊繼續(xù)執(zhí)行焊接作業(yè)；

78、當(dāng)任一項不符合對應(yīng)的質(zhì)量要求時，則計算模塊向移驅(qū)動模塊和焊接模塊發(fā)送停止工作指令，并且計算模塊發(fā)出警示信息。

79、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果：

80、本發(fā)明通過實時采集圖像和溫度數(shù)據(jù)，計算模塊能夠精確分析焊接路徑與實際移動數(shù)據(jù)之間的偏差，并及時調(diào)整焊接模塊的運動路徑，從而實現(xiàn)高精度的焊接控制。該系統(tǒng)能夠有效減少因路徑偏差導(dǎo)致的焊接缺陷，提高焊接質(zhì)量；

81、并且本發(fā)明能夠通過圖像識別技術(shù)對焊接熔池部位進(jìn)行完整性檢測，及時發(fā)現(xiàn)并糾正焊接缺陷（如裂紋、氣孔、表面波紋等）。通過分析焊接熔池的表面形態(tài)，計算模塊能判斷焊接質(zhì)量是否符合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，確保焊接過程中的每一步都達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，并且通過自動化的路徑調(diào)整和實時焊接質(zhì)量監(jiān)控，系統(tǒng)減少了人工干預(yù)和檢測的需求，縮短了生產(chǎn)周期，顯著提高了生產(chǎn)效率；

82、另一方面，當(dāng)焊接過程中的質(zhì)量要求未達(dá)到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警示，并通過停止操作或調(diào)整工作路徑來避免生產(chǎn)中斷或設(shè)備損壞，能夠有效降低由于操作不當(dāng)或設(shè)備故障帶來的潛在風(fēng)險。