专利名称：铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化 方法，属于铝合金焊接加工领域。
背景技术：
铝合金熔焊作为 一种高效率的焊接方法在航空、航天产品生产中得到 了广泛的应用。在航空、航天产品的生产中， 一个微小的缺陷都可能带来 一场巨大的灾难，而在实际操作中，待焊铝板材料边缘的光滑度、角度以 及它们之间的间隙都不是完全一样的，以往都按相同的焊接参数和焊枪位 置进行焊接，或者通过技术员的经验进行判断，在焊接过程中对焊接参数 和焊枪位置进行适当调整，这样焊接质量始终不能得到根本性改变，而且 效率较低，如果因质量不合格而返工，不但费时费力，而且会增加成本。 面前还没有一种行之有效的方法解决上述问题，包括学术论文、专利文献 等都还没有相关解决方案的报道。发明内容本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能有效提高焊接 质量的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化方法。本发明是通过以下方法来实现上述目的的本发明通过视觉传感器在线实时检测待焊铝合金的坡口几何尺寸及 间隙信息并将其转化为电信号，所述电信号通过图像采集卡转化为图像信 息后传输到工控机，工控机经过对所述图像信息进行处理并输出控制信
号，对焊枪进行自动控制。本发明的具体优选技术方案是:所述工控机对图像信息进行处理并输 出控制信号的方法为:工控机首先对图像信息中的坡口几何尺寸及间隙信 息进行精确计算，然后根据知识库中预设的方案精确计算焊枪应处于什么 位置，并输出偏移量信号；同时，根据预设的焊接参数模型，以焊缝成形 的预设尺寸及其一致性为优化目标，对在线实时焊接参数进行优化，并输 出优化后的包括电弧电压、焊接电流和送丝速度的焊接参数信号。所述工控机对焊枪进行自动控制的方法为工控机输出的偏移量信号 经过步进电机转化为机械运动后对焊枪实现其位置的精确控制;工控机输 出的焊接参数信号经过焊接电源转化后对焊枪实现其焊接参数的精确控 制。所述视觉传感器主要包括激光器和光电转换器。系统采用实时激光成 像测量技术，具有迅速、精确等优点。所述工控机还通过键盘、鼠标、显示器与操作员进行人机通讯。所述工控机在运行过程中，还构建包括工艺参数匹配信息、坡口状态 信息、缺陷特征信息及质量统计信息等信息的焊接数据库，并将所述焊接 数据库储存起来，用以支持焊接过程的在线参数优化和焊缝成形质量监 测，并形成对重要焊接产品的加工过程及其质量的"可记录"、"可追溯" 的管理能力。本发明的有益效果在于由于在铝合金熔焊焊接过程中，本发明可以根据具体情况自动对焊枪 的位置及焊接参数作出优化后的精确控制，所以既能实现高质量的焊接过 程，大大提高焊接质量；又能实现自动化，减小人为因素的影响并降低成本。
附图是本发明的系统构建框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步具体说明-如附图所示，在"信息——知识"自动化处理中采用目前国际标准的 计算机软、硬件平台，所开发的软件系统能适用于断续的或连续的生产过 程质量监控和工艺参数的在线优化。硬件以工控机为基础(包括传感器、 接口界面等)，提供数据采集、处理、存储和显示的支持。视觉传感器主要包括激光器和光电转换器(即CCD)。系统采用实时 激光成像测量技术，具有迅速、精确等优点。通过视觉传感器在线实时检测待焊铝合金的坡口几何尺寸及间隙信 息并将其转化为电信号，所述电信号通过图像采集卡转化为图像信息后传 输到工控机。接下来,工控机首先对图像信息中的坡口几何尺寸及间隙信息进行精 确计算，然后根据知识库中预设的方案精确计算焊枪应处于什么位置，并 输出偏移量信号，这个偏移量信号经过步进电机(其机械运动通过十字滑 块实现)转化为机械运动后对焊枪实现其位置的精确控制(一般情况下为精确对准铝合金板之间空隙的中间位置)；同时，工控机根据预设的焊接 参数模型，以焊缝成形的预设尺寸及其一致性为优化目标，对在线实时焊 接参数进行优化，并输出优化后的包括电弧电压、焊接电流和送丝速度的 焊接参数信号,这个焊接参数信号经过焊接电源转化后对焊枪实现其焊接
参数(即电弧电压、焊接电流和送丝速度)的精确控制。工控机通过键盘、鼠标、显示器与操作员进行人机通讯。 工控机在运行过程中，会根据预先设定的方案或操作员发出的指令构 建包括工艺参数匹配信息、坡口状态信息、缺陷特征信息及质量统计信息 等信息的焊接数据库，并将所述焊接数据库储存起来，用以支持焊接过程 的在线参数优化和悍缝成形质量监测，并形成对重要焊接产品的加工过程 及其质量的"可记录"、"可追溯"的管理能力。
权利要求
1、一种铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化方法，其特征在于通过视觉传感器在线实时检测待焊铝合金的坡口几何尺寸及间隙信息并将其转化为电信号，所述电信号通过图像采集卡转化为图像信息后传输到工控机，工控机经过对所述图像信息进行处理并输出控制信号，对焊枪进行自动控制。
2、 根据权利要求1所述的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参 数的优化方法，其特征在于所述工控机对图像信息进行处理并 输出控制信号的方法为工控机首先对图像信息中的坡口几何尺 寸及间隙信息进行精确计算，然后根据知识库中预设的方案精确 计算焊枪应处于什么位置，并输出偏移量信号；同时，根据预设 的焊接参数模型，以焊缝成形的预设尺寸及其一致性为优化目标， 对在线实时焊接参数进行优化，并输出优化后的包括电弧电压、 焊接电流和送丝速度的焊接参数信号。
3、 根据权利要求1所述的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参 数的优化方法，其特征在于所述工控机对焊枪进行自动控制的 方法为工控机输出的偏移量信号经过步进电机转化为机械运动 后对焊枪实现其位置的精确控制；工控机输出的焊接参数信号经 过焊接电源转化后对焊枪实现其焊接参数的精确控制。
4、 根据权利要求1所述的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参 数的优化方法，其特征在于所述视觉传感器主要包括激光器和 光电转换器。
5、 根据权利要求1所述的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化方法，其特征在于所述工控机还通过键盘、鼠标、显 示器与操作员进行人机通讯。
6、 根据权利要求1所述的铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参 数的优化方法，其特征在于所述工控机在运行过程中，还构建 包括工艺参数匹配信息、坡口状态信息、缺陷特征信息及质量统 计信息等信息的焊接数据库，并将所述焊接数据库储存起来。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金熔焊焊接过程的在线监测与工艺参数的优化方法。通过视觉传感器在线实时检测待焊铝合金的坡口几何尺寸及间隙信息并将其转化为电信号，所述电信号通过图像采集卡转化为图像信息后传输到工控机，工控机经过对所述图像信息进行处理并输出控制信号，对焊枪进行自动控制。在铝合金熔焊焊接过程中，本发明可以根据具体情况自动对焊枪的位置及焊接参数作出优化后的精确控制，既能实现高质量的焊接过程，大大提高焊接质量；又能实现自动化，减小人为因素的影响并降低了成本。
文档编号G05B19/048GK101118430SQ200710049788
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者任顺奎, 周贵强, 夏旭新, 张万春, 荣 王, 立 蒋, 贺爱国 申请人:中国航天科技集团公司长征机械厂