一种用于在线控制焊接设备工作参数的系统和控制装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体为一种用于在线控制焊接设备工作参数的系统和控制装置。

背景技术

机器人焊接为代表的自动化焊接已经了有很广泛的应用，现有的焊接自动化有三种方式：

1、半自动设备方式：由人工通过开关或按钮调整焊接轨迹，这一过程没有引入传感器修正，一般为离线操作。

2、示教编程方式：是全自动的过程，焊接轨迹直接由程序预先决定了，不可改变，没有灵活性。

3、编程+传感器修正方式：焊接轨迹允许依据传感器提供的信息进行在线修正，提高了灵活性，也是全自动的过程。

现有的机器人焊接通常采用第三种全自动焊接的形式进行工作，但是这样的设备主要靠程序或者靠程序外加传感器控制焊接轨迹，对于复杂的焊接任务，就会出现缺陷、或无法完成。而由于毛坯精度差、或夹具定位不够准确，经常出现编程轨迹与实际运行轨迹存在偏差的现象，也可能因为其它原因不能完全实现自动化焊接，需要操作人员离线进行人工修正，但这一过程则会降低机器人焊接的焊接效率。

公布号为CN104588838A的发明专利申请公开了一种焊枪自动跟踪控制并在线修正系统及其控制方法。该申请由CCD视觉传感器、电弧传感器和激光二维轮廓扫描传感器构成传感器系统，分别从焊接前、焊接中、焊接后三个焊接阶段对焊缝进行预测、跟踪、修正，使系统所提取的焊缝偏差更加接近于焊枪相对焊缝中心的真实位移，实现高精度的焊缝偏差信息提取。该申请通过增设两种不同原理的传感器来提高检测的精度，从一定程度上能够减少无法实现自动化焊接的情况，但仍未完全解决上述提到的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：解决现有的焊接设备因其它原因而无法实现自动化焊接的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于在线控制焊接设备工作参数的系统，包括人机界面、信息转化单元和传感单元；

所述人机界面的输入端能够接收控制信号输入，所述人机界面的输出端与信息转化单元的输入端连接；

所述传感单元能够采集焊接设备的实际运行信息，所述传感单元的输出端与信息转化单元的输入端连接。

所述信息转化单元的输出端与焊接设备连接。

优点：本发明的应用对象焊接设备在焊接时，根据预设的轨迹等参数进行焊接操作，传感单元监测焊接设备的焊接轨迹等参数并将检测信息发送给信息转化单元，操作人员通过人机界面输入控制信号并发送给信号转化单元；信号转化单元根据设置采取对应的传感单元的检测信息或操作人员的控制信号来在线修正焊接轨迹，实现人机共同控制焊接过程的目标，弥补了自动化设备或传感单元出现问题无法实现自动化焊接时必须中止焊接的缺陷，使得操作人员能够在不中断焊接过程的条件下对预设的轨迹等运行参数进行干预调整，为焊接质量带来很大的提升。

优选地，所述融合的策略具体为加权平均的方式，计算公式为：

X

式中，Xn是当前时刻的焊接设备工作参数，Xn+1是下一时刻的焊接设备工作参数，ΔA为对应多维控制信息的多维向量，多维向量p为与ΔA对应的权重，ΔB为对应检测信息的多维向量，多维向量q为与ΔB对应的权重；其中，p+q＝[1，1，……，1]。

优选地，所述人机界面包括至少一套开关对用于产生开关量形式的多维控制信息；

所述开关对与焊接设备的工作参数对应；按下所述开关对后，能够调整焊接设备的工作参数；

所述开关对包括增量开关和减量开关；所述增量开关能够增加焊接设备的工作参数调整量，所述减量开关能够减小焊接设备的工作参数调整量。

优选地，所述多维控制信息包括焊枪与工件之间的距离、焊枪偏离焊缝的误差、焊接姿态角、焊接速度、焊接电流、焊接电压、焊接保护气压的运行参数。

优选地，所述人机界面包括模拟信号输入装置，所述模拟信号输入装置是人发出所需要的多维控制信息的硬件设备；

通过控制所述模拟信号输入装置，所述人机界面将发送出所对应参数的修正变量的增减信息；其中，修正变量的增减幅度对应于模拟信号的强弱。

优选地，所述人机界面包括至少一套多维力传感器；

所述多维力传感器的三个方向的力信息分别对应焊接设备的焊枪的高度控制信息、轨迹偏差信息、焊接速度信息；三个方向的力矩信息分别对应焊接设备的焊枪的姿态控制信息。

优选地，人机界面还包括至少一组电位器。

优选地，所述焊接设备为焊接机器人或焊接专机。

优选地，所述传感单元包括视觉传感器，所述视觉传感器的工作参数包括轨迹偏移量。

优选地，还包括通讯接口；所述信息转化单元的输出端通过通讯接口与焊接设备连接。

本发明还公开了一种用于在线控制焊接设备工作参数的控制装置，用于控制使用传感单元的焊接设备，包括人机界面、信息转化单元和壳体；

所述人机界面和信息转化单元集成于壳体内；所述人机界面的输入端能够接收控制信号输入，所述人机界面的输出端与信息转化单元的输入端连接；

所述壳体内还设置有通讯接口，所述信息转化单元的输出端与通讯接口连接，所述通讯接口能够与焊接设备连接；

所述壳体内还设置有传感器接口，所述传感器接口与信息转化单元连接，所述传感器接口能够与传感单元连接，其中，传感单元能够采集焊接设备的实际运行信息；

人机界面产生多维控制信息，并将多维控制信息发送至信息转化单元；传感单元检测焊接过程中所形成的检测信息，并将检测信息发送至信息转化单元；信息转化单元将人工形成的多维控制信息和检测信息进行融合，用于进行运行参数调节并将调节信号发送给焊接设备。

优选地，所述融合的策略具体为加权平均的方式。

优选地，所述人机界面包括至少一套开关对用于产生多维控制信息；

所述开关对与焊接设备的工作参数对应；按下所述开关对后，能够调整焊接设备的工作参数；

所述开关对包括增量开关和减量开关；所述增量开关能够增加焊接设备的工作参数调整量，所述减量开关能够减小焊接设备的工作参数调整量。

优选地，所述多维控制信息包括焊枪与工件之间的距离、焊枪偏离焊缝的误差、焊接姿态角、焊接速度、焊接电流、焊接电压、焊接保护气压的运行参数。

优选地，所述人机界面包括模拟信号输入装置；

通过控制所述模拟信号输入装置，所述人机界面将发送出所对应自由度控制信息的修正变量的增减信息；其中，修正变量的增减幅度对应于模拟信号的强弱。

优选地，所述人机界面包括至少一套多维力传感单元；

所述多维力传感单元的三个方向的力信息分别对应焊接设备的焊枪的高度控制信息、轨迹偏差信息、焊接速度信息；三个方向的力矩信息分别对应焊接设备的焊枪的姿态控制信息。

优选地，人机界面还包括至少一组电位器。

优选地，所述焊接设备为焊接机器人或焊接专机。

优选地，所述传感单元包括视觉传感单元，所述视觉传感单元的工作参数包括轨迹偏移量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的装置用于焊接设备焊接时，焊接设备根据预设的工作参数进行焊接操作，并将对应的焊接设备的工作参数发送并显示在人机界面；传感单元监测焊接设备的焊接轨迹和/或其他工作参数并将检测信息发送给信息转化单元，操作人员通过人机界面输入控制信号并发送给信号转化单元；信号转化单元根据设置的信息融合策略采取对应的传感单元的检测信息或操作人员的控制信号来在线修正焊接轨迹和/或其他工作参数。实现人机共同控制焊接过程的目标，弥补自动化或传感单元出现问题无法实现自动化焊接的缺陷，使得操作人员能够在不中断焊接过程的条件下对预设的轨迹进行干预调整，为焊接质量带来很大的提升。

附图说明

图1为本发明的实施例一的连接示意图；

图2为本发明的实施例二的连接示意图；

图中：1、人机界面；2、信息转化单元；3、通讯接口；4、传感单元；5、焊接设备；6、传感单元接口；7、壳体。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

实施例一：

参阅图1，本实施例公开了一种用于在线控制焊接设备工作参数的系统，包括人机界面1、信息转化单元2、通讯接口3、，用于控制使用传感单元4的焊接设备5，使其提高工作性能。

人机界面1的输入端能够接收控制信号输入，人机界面1的输出端与信息转化单元2的输入端连接；信息转化单元2的输出端通过通讯接口3与焊接设备5连接；传感单元4能够采集焊接设备5的实际运行信息，传感单元4的输出端通过传感单元接口6与信息转化单元2的输入端连接。操作人员能够通过在人机界面1输入控制信号，并在信息转化单元2处与传感单元4传输的控制信号融合，形成新的控制信号，并通过通讯接口3发送到焊接设备5，从而实现人机共同控制焊接过程的目标。

人机界面1的输入端能够接收控制信号输入。具体的，人机界面1包括对应于控制变量的开关对或其它控制信息输入装置，如按钮等，用以产生多维控制信息。其中，多维控制信息是对被控制信息的增减量，被控制信息分别对应焊接设备5的焊接轨迹描述参数等运行参数。具体的，多维控制信息包括焊枪与工件之间的距离、焊枪偏离焊缝的误差、焊接姿态角、焊接速度、焊接电流、焊接电压、焊接保护气压等运行参数。

人机界面1包括一套模拟信号输入装置。在操作人员拨动该模拟信号输入装置时，人机界面1有节奏地发出所对应参数的修正变量的增减信息给焊接设备5，焊接设备5对应调节工作参数，修正变量的增减幅度对应于模拟信号的强弱。

本实施例的人机界面1设置一套常开的开关对，开关对包括增量开关和减量开关。增量开关能够增加焊接设备5的工作参数调整量，减量开关能够减小焊接设备5的工作参数调整量。当操作人员按下增量开关时，人机界面1将有节奏地发出对应参数的修正变量的增加信息给焊接设备5，从而调节焊接设备5的工作参数；当操作人员按下减量开关时，人机界面1将有节奏地发出对应参数的修正变量的减小信息给焊接设备5，从而调节焊接设备5的工作参数。当操作人员放开开关对时，人机界面1结束信号输出。

在一些实施例中，人机界面1还包括至少一组松手后自动归零的电位器。用于保证操作人员松手后，开关对和模拟信号输入装置能够立刻断开。

在一些实施例中，人机界面1还包括至少一套多维力传感器，多维力传感器的三个方向的力信息分别对应焊接设备5的焊枪的高度控制信息、轨迹偏差信息、焊接速度信息；三个方向的力矩信息分别对应焊接设备5的焊枪的姿态控制信息。

通过上述设置的开关对、点位器和多维力传感器等器件，能够将人的控制意图转化为控制量，具体是：

1、用开关对能够产生0或1的开关信号，对应“不调整”或“调整”，调整的幅度是预先根据经验设定的。该方法是用按钮操作，仅适合调整频率低、人能够较早预见后果的情况。

2、用电位器能够产生可控大小的信号，对应“快速调整”或“慢速调整”，用于控制调整的幅度，具体的调整幅度是人可以根据需要实时改变的，更加方便灵活，就像游戏中采用操作杆代替按钮。

3、用多维力传感器不但可以产生可控大小的信号，对应“快速调整”或“慢速调整”，而且可以同时对多个维度的控制变量进行不同强度的调整，不需要人同时操控多个电位器那样的输入装置，从而能减轻人的控制负担。

采用何种人机界面1仅是根据实际的控制需求来自由选择的，如当需要控制多个维度的变量，则可以选择开关对和多维力传感器的组合方式。通过上述的设置，将人的意图与自动化过程中产生的传感信息进行融合，引入了人的智能，在不中断焊接过程的条件下对预设的轨迹进行干预调整，为焊接质量带来很大的提升。

信息转化单元2可以分别接收由操作人员在人机界面1上输入的控制信号和用于焊接过程控制的传感单元4所形成的检测信息。信息转化单元2能够将两者的信息融合，用于控制焊接设备5的运行参数。其中，信息融合具体为：包括以权重采用不同来源的控制信息，也包括忽略某一来源的部分控制信息，或者忽略某一来源的全部控制信息。如忽略传感单元4所形成的检测信息，而只接收操作人员在人机界面1上输入的控制信号，进行人工在线修正焊接轨迹的操作。

信息转化单元2是把人的意图、传感单元4提供的信息融合到一起的模块，使两种不同来源的控制信息共同形成一个标准化的调整信息的单元。可以认为它是一个软件单元，其所形成的信息的特点，还要靠人机界面1的特点决定。融合的具体方式可以很灵活。例如，本实施例的极端情况就是：在不同阶段，要么人全部控制运行，就是人工控制模式；要么完全靠传感单元4控制运行，就是自动化模式。一般的情况是人与传感单元4共同控制运行，这种情况还可以分为部分控制分量全部受传感单元4或人工控制、部分分量通过某种融合策略控制。不论怎样进行信息融合，最终都要形成一个统一的增量，用于调整目标参数。

在具体的实施过程中，人机界面1产生多维控制信息，并将多维控制信息发送至信息转化单元2，可以用m维向量ΔA＝{A1，A2，……，Am}来表示。传感单元4检测焊接过程中所形成的状态信息，并将检测信息发送至信息转化单元2；可以用ΔB＝{B1，B2，……，Bm}来表示。信息转化单元2将人工生成的多维控制信息ΔA和检测信息ΔB进行融合，并根据设定的加权平均方式进行调节，并将调节信号发送给焊接设备5。其中，加权平均的计算公式为：

X

式中，Xn是当前时刻的焊接设备5的工作参数，Xn+1是下一时刻的焊接设备5的工作参数，ΔA为多维控制信息的多维向量，p为ΔA对应的权重，ΔB为检测信息的多维向量，q为ΔB对应的权重。

通过本实施例的加权平均的融合方式，控制人工控制和传感单元4控制两者的权重，把控制任务分配给最适合的控制者，其对应的控制分量的权重就高。例如，人不适合控制焊接设备的速度等精准的参数，那么除非特殊需要，就应该把该控制任务交给自动设备去做。发挥人与设备的优势，特别是发挥人的全面思考的能力。

其中，p和q均为0～1的值，且p+q＝[1，1，……，1]，使控制平稳，不失控。通过设置不同的多维向量数值，能够保证灵活的调节。

传感单元4包括视觉传感器，视觉传感器的工作参数包括轨迹偏移量。

焊接设备5为焊接机器人或焊接专机。

本实施例中，信息转化单元2能够运行于焊接设备5的控制器中，或者运行于在线控制焊接设备5焊接轨迹的装置内部，或者运行于用于焊接轨迹控制的传感单元4内部。

本实施例的控制信息分别来自传感单元4的自动检测和操作人员的控制输入，在传感单元4等装置不能处理个别不符合已有控制规律的问题时，为该自动化控制提供了一个高级别、低频率控制的参与接口以便在线修正焊接设备5的焊接轨迹及其他运行参数。即，可以在焊接过程中个别阶段传感信息不足或无法工作的情形下，通过操作人员来完全接管轨迹控制的工作而无需停止工作而影响，保证了焊接的连续性。

焊接设备5焊接时，焊接设备5根据预设的轨迹等参数进行焊接操作，并将对应的焊接设备5的工作参数发送并显示在人机界面1；传感单元4监测焊接设备5的焊接轨迹和/或其他参数并将检测信息发送给信息转化单元2，操作人员通过人机界面1输入控制信号并发送给信号转化单元；信号转化单元根据设置的权重采取对应的传感单元4的检测信息或操作人员的控制信号来在线修正焊接轨迹和/或其他参数。实现人机共同控制焊接过程的目标，弥补自动化或传感单元4出现问题无法实现自动化焊接时，使得操作人员能够在不中断焊接过程的条件下对预设的轨迹进行干预调整，为焊接质量带来很大的提升。

实施例二：

为了简洁地实现本发明的思想，还可以利用下述的控制装置来实现实施例1所展示的系统。

参阅图2，本实施例公开了一种用于在线控制焊接设备工作参数系统的实现装置，用于控制使用传感器4的焊接设备5，使其提高工作性能。包括人机界面1、信息转化单元2和壳体7；

所述人机界面1和信息转化单元2集成于壳体7内；所述人机界面1的输入端能够接收控制信号输入，所述人机界面1的输出端与信息转化单元2的输入端连接；

所述壳体7内还设置有通讯接口3，所述信息转化单元2的输出端与通讯接口3连接，所述通讯接口3能够与焊接设备5连接；

所述壳体7内还设置有传感器接口6，所述传感器接口6与信息转化单元2连接，所述传感器接口6能够与传感单元4连接，其中，传感单元4能够采集焊接设备5的实际运行信息；

人机界面1产生多维控制信息，并将多维控制信息发送至信息转化单元2；传感单元4检测焊接过程中所形成的检测信息，并将检测信息发送至信息转化单元2；信息转化单元2将人工形成的多维控制信息和检测信息进行融合，用于进行运行参数调节并将调节信号发送给焊接设备5。

人机界面1的输入端能够接收控制信号输入，人机界面1的输出端与信息转化单元2的输入端连接；信息转化单元2的输出端通过通讯接口3与焊接设备5连接；传感器4能够采集焊接设备5的实际运行信息，传感器4的输出端通过传感器接口6与信息转化单元2的输入端连接。操作人员能够通过在人机界面1输入控制信号，并在信息转化单元2处与传感器4传输的控制信号融合，形成新的控制信号，并通过通讯接口3发送到焊接设备5，从而实现人机共同控制焊接过程的目标。

人机界面1的输入端能够接收控制信号输入。具体的，人机界面1包括对应于控制变量的开关对或其它控制信息输入装置，如按钮等，用以产生多维控制信息。其中，多维控制信息是对被控制信息的增减量，被控制信息分别对应焊接设备5的焊接轨迹描述参数等运行参数。具体的，多维控制信息包括焊枪与工件之间的距离、焊枪偏离焊缝的误差、焊接姿态角、焊接速度、焊接电流、焊接电压、焊接保护气压等运行参数。

还可以参照实施例1中的途径，对所述用于在线控制焊接设备工作参数的装置进行优化，不再一一叙述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。