一种激光填丝焊质量追溯装置、方法、工作站和生产线

技术领域

本申请涉及激光焊接技术领域，尤其是一种激光填丝焊质量追溯装置、方法、系统和生产线。

背景技术

激光填丝焊是一种常见的激光焊接技术，是一种利用激光能量加热特制焊丝并填充在焊缝位置的焊接工艺，在实际应用中，使用激光填丝焊可以降低对待焊接母材的配合精度要求，通过改变焊丝的成分可以实现对焊缝组织和性能的改善，该工艺在现代制造业中已有广泛应用。

由于激光填丝焊系统涉及到的设备较多，各类工艺参数控制较为复杂，影响焊接质量和系统安全的环境因素较多，这就对各类工艺设备及附属设备的监控以及操作人员的技术水平提出了较高要求。

现有的激光填丝焊工艺控制系统大多数已经具备了对激光及其附属工艺设备的逻辑控制功能和故障显示报警和停机功能，能减少相关设备的故障停机率。但现有的工艺激光填丝焊缺少整个焊接过程的全面监控，而且常常针对特定工件完成一个批次的焊接工艺后，由于只能显示部分的实时数据，导致在质量管理中，无法针对已完成的工件进行有效的质量缺陷原因排查，造成不必要的资源浪费。因此，在自动化生产线日益严格的高效率背景下，迫切需要开发功能更加完善的激光填丝焊接系统。

发明内容

本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种激光填丝焊质量追溯装置，该装置通过数据采集模块、数据平台以及上位机的数据交互使整个装置可以对激光填丝焊焊接工件的质量进行追溯，可以提高质量管理水平，可以减少人力资源的浪费。

为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：

本申请实施例提供了一种激光填丝焊质量追溯装置，包括：

数据采集单元，用于采集焊接工件的生产信息；工艺设备，用于执行焊接操作；控制单元，用于根据焊接程序控制所述工艺设备；数据平台，用于以预设的时间间隔采集所述焊接工件的工艺参数并生成质量趋势图；上位机，用于根据所述生产信息追溯所述焊接工件的所述质量趋势图。

另外，根据本申请上述实施例的一种激光填丝焊工艺控制装置，还可以有以下附加的技术特征：

可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制单元与所述工艺设备通过profinet网络连接；所述控制单元与所述数据采集单元通过profinet网络连接。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制单元与所述数据平台通过以太网连接；所述控制单元与所述上位机通过以太网连接。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述数据采集单元包括扫码枪或者相机。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述工艺设备包括保护气系统、焊接机器人、激光器、激光头、送丝机和水气路单元。

此外、本申请实施例还提供了一种激光填丝焊质量追溯方法，包括以下步骤：

获取焊接工件的生产信息；根据所述生产信息追溯质量趋势图；其中，所述质量趋势图用于表征工件的焊接质量；所述质量趋势图的生成步骤包括：在焊接过程中以预设的时间间隔采集所述焊接工件的工艺参数；根据在连续多个预设的时间间隔下采集的所述工艺参数生成质量趋势图。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取焊接工件的生产信息包括获取工件的编码信息或者生产批次信息。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述工艺数据生成质量趋势图这一步骤包括：以预设的时间间隔为横轴，工艺参数为纵轴；连接每个时间间隔的工艺参数得到质量趋势图。

本申请实施例还提供了一种激光填丝焊质量追溯工作站，包括上述任一实施例所述的激光填丝焊质量追溯装置。

本申请实施例还提供了一种激光填丝焊质量追溯生产线，包括上述任一实施例所述的激光填丝焊质量追溯工作站。

本申请中的激光填丝焊质量追溯装置通过数据采集模块、数据平台以及上位机的数据交互使整个装置可以对激光填丝焊的焊接工件的质量进行追溯，可以提高质量管理水平，可以减少人力资源的浪费。

附图说明

图1为本申请中一种具体实施例中激光填丝焊质量追溯装置的架构示意图；

图2为本申请中一种具体实施例中激光填丝焊质量追溯方法的具体步骤图；

图3为本申请中一种具体实施例中激光填丝焊质量生成方法的具体步骤图；

图4为本申请中一种具体实施例中激光填丝焊质量生成方法生成的质量趋势图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的激光填丝焊工艺控制装置的结构、工作原理和过程作以下说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本申请的实施例提供一种激光填丝焊质量追溯装置，可以包括上位机1、控制单元2、数据采集单元3、工艺设备4和数据平台5。控制单元2通过以太网与上位机1以及数据平台5连接，以太网是基于IEEE 802.3的强大的区域和单元网络可以广泛运用在生产和自动化过程中。控制单元2与数据采集单元3、工艺设备4通过profinet网络连接；profinet网络是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和profibus用户协会开发。profinet具有多制造商产品之间的通讯能力，自动化和工程模式，并针对分布式智能自动化系统进行了优化，可以大大节省整个装置的配置和调试费用，此外profinet具有全面的诊断和维护解决方案的能力，可以有助于将焊接停机时间和维护成本降至最低。由于数据采集单元3主要是采集焊接工件的生产信息，在本申请一些实施例中，数据采集模块3可以是扫码枪也可以是相机，对应地焊接工件的生产信息可以是二维码或者是条形码记载的信息也可以是VIN码记载的焊接工件生产信息，通过扫码枪或者相机采集焊接工件的生产信息。而在焊接过程中，不是每个工艺的设备都会对焊接工件的质量产生影响；部分工艺设备只对焊接过程进行监测，因此本申请实施例中的工艺设备4是对焊接工件质量有影响的设备，可以包括保护气系统、焊接机器人、激光器、激光头、水气路单元和送丝机。其对应的保护气的流量、焊接机器人的移动速度、激光器的出光功率，激光头的离焦量和偏摆力、冷却水的流量和送丝机的送丝速度等都对焊接的质量有很大影响，如激光头的离焦量，离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正离焦时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50us至200us材料开始熔化，形成液相金属并形成蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。基于上述影响，本申请实施例中，通过控制单元2对上述工艺数据进行采集，并通过数据平台5对数据进行处理。

具体地、在激光焊接的过程中控制单元可通过profinet网络控制工艺设备执行工件的焊接，并收集工艺参数，同时通过以太网与数据平台进行工艺参数的传输，数据平台可根据采集到的工艺参数和采集的时间间隔生成质量趋势图。

此外，如图2所示，本申请实施例还提供一种激光填丝焊质量追溯方法，包括以下步骤：

S1、获取焊接工件的生产信息；在激光填丝焊开始前需要对焊接工件的生产信息的获取；这种生产信息可以在众多的焊接工件中区别出不同的焊接工件。这些信息可以通过编码的形式将其储存于二维码、条形码或者是汽车VIN码中，也可以简单的以生产批次进行编号，相对应地，在本申请实施例中，获取生产工件的数据采集单元可以是扫码枪，其中扫码枪可以扫描对应的二维码、条形码或者是汽车VIN码获取工件的生产信息，也可以使用相机拍摄二维码，条形码或者是汽车VIN码获取工件的生产信息。获取的生产信息可以用于后续的有关人员对于资料的区分保存。

具体地，以汽车VIN码为例，VIN码由17位字符组成，所以俗称十七位码。它包含了车辆的生产厂家、年代、车型、车身型式及代码、发动机代码及组装地点等信息。扫码枪通过扫描VIN码得到这些汽车的信息，并通过与上位机的交互将这些信息存储在上位机中，相关人员可以按照不同VIN码进行区分保存，方便后续的查询。

S2、根据所述生产信息追溯所述质量趋势图；上位机可以通过与数据平台的数据交互获取焊接工件的质量趋势图并存储起来，相关人员可通过输入焊接工件所属的生产批次、工件的VIN码或者工件焊接的时间查询工件的质量趋势图，质量趋势图可以用于合格工件与实际焊接工件的对比，通过对比得到实际焊接工件的工艺参数在焊接过程中的偏离是否超出合格的工件的范围，根据偏离的范围判定其质量。

进一步地，参照图3，在本申请实施例中，焊接工件的质量趋势图可由以下步骤生成包括：

S21、在焊接过程中以预设的时间间隔采集所述焊接工件的工艺参数；在采集焊接工件的工艺参数前，需要先让工艺设备进行正常的工作，控制单元可以通过调用正确的焊接程序执行工件的焊接，在焊机的过程中，控制单元可以对工艺设备的工艺参数进行采集，并显示在控制单元的屏幕上。

具体地，控制单元按照相关人员输入的工件焊接程序控制工艺设备进行焊接，在焊接的过程中，控制单元可以以一定的时间间隔对焊接工件的工艺参数进行采集，如机器人的移动速度、保护气的流量、激光器的功率、激光头的偏摆力和离焦量、送丝机的送丝速度，冷却水流量等数据，这些数据在焊接过程中会产生一定的波动，而波动的范围太大将对焊接工件的质量造成很大的影响，具体地，激光器的激光功率可以影响工件焊缝的热输入稳定性，激光头的离焦量和偏摆力波动曲线可以影响工件焊缝宽度和位置准确性，送丝机的送丝速度可以影响工件焊缝填充物铺展的均匀性。而焊接工件工艺参数收集的时间间隔可以根据控制单元内部的传感器的采样频率决定的，一般在5ms-100ms。

S22、根据在连续多个预设的时间间隔下采集的所述工艺参数生成质量趋势图；

数据平台可以通过控制单元获取工件焊接时在连续多个预设的时间间隔下采集的所述工艺参数和于其对应的时间间隔，以焊接过程的某个时间节点为时间的初始零点，如焊接刚开始的时间节点，在焊接过程中，以预设的时间间隔连续采集焊接过程中的工艺参数，数据平台将每个时间间隔的工艺参数连接，最终生成质量趋势图；以激光头的功率为例，具体的质量趋势图如图4所示，在图4中，以采集激光头功率的时间为横坐标，采集到的激光头功率为纵坐标，在本申请实施例中，如在图3中的合格曲线中，以开始焊接的时间节点为零点，20ms为采集的时间间隔，纵坐标为每20ms激光头的功率，每200ms的时间间隔中就有10个采集的点，将每20ms的采集到的工艺参数连结得到波纹状的质量趋势图。质量趋势图可以反映实际焊接过程中工艺设备的工艺参数的波动范围，每个合格的工件其工艺设备的工艺参数在焊接过程中都有一定的波动范围，相关人员根据工件焊接的波动范围评估焊接工件的焊接质量。需要说明的是，若以激光头的偏摆力或者离焦量或者其他的工艺设备的工艺参数生成质量趋势图，纵坐标的数据需改为激光头的偏摆力或者离焦量或者其他的工艺设备的工艺参数，具体的生成方法与激光头的工艺参数相同，在此不在赘述。

此外，本申请实施例还提供一种激光填丝焊质量追溯工作站和一种激光填丝焊质量追溯装置生产线。该工作站包括上述申请实施例的激光填丝焊质量追溯装置，而激光填丝焊质量追溯生产线则包括了激光填丝焊质量追溯工作站，其原理与上述申请任意实施例所述的激光填丝焊质量追溯装置相同，在此不在赘述。

综上所述，本申请中的激光填丝焊工艺控制装置包括数据采集单元、控制单元、工艺设备、数据平台、上位机，工艺设备均通过profinet通讯协议与控制单元通讯，profinet协议可以简化控制逻辑，减少不必要的控制硬件成本；同时，本申请通过控制平台和工艺设备的数据交互对激光焊接的工作状态进行监控改善焊接质量；另外，本申请的激光填丝焊工艺控制装置还可以通过上位、控制平台和工艺设备的交互对整个激光工作站安全系统的监控，减少焊接工艺的安全漏洞。此外，本申请的激光填丝焊工艺控制装置还能通过上位机、数据平台和数据采集单元实现对焊接质量的追溯管理，可以提高激光填丝焊工艺控制装置在实际生产中的实用性和可操作性。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干程序用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行程序的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供程序执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从程序执行系统、装置或设备取程序并执行程序的系统)使用，或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供程序执行系统、装置或设备或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用的装置。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的程序执行系统执行的软件或固件来实现。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。