一种基于激光检测的智能焊接质量监控系统的制作方法

本发明涉及焊接质量监控，具体为一种基于激光检测的智能焊接质量监控系统。

背景技术：

1、传统的焊接质量监控系统侧重于焊接过程中焊接表面的质量检测，难以有效检测焊接接头内部的缺陷，这种片面性导致无法全面评估焊接质量，而本技术的焊接质量监控系统可以解决焊接过程中的焊接质量监控不全面、无法同时检测焊接内部缺陷以及检测焊接表面缺陷和存在人为因素导致的误差的问题。

2、现有的焊接质量监控系统存在的缺陷是：

3、1、专利文件jp6359189b2公开了一种焊接质量监控系统、方法及装置，该文件主要考虑如何提高监测信息的准确性的问题，并没有考虑到如何解决焊接过程中的焊接质量监控不全面、无法同时检测焊接内部缺陷以及检测焊接表面缺陷和存在人为因素导致的误差的问题；

4、2、专利文件cn111070694b公开了一种基于大数据的管道焊接质量监控方法及系统，该文件主要考虑如何更加有效地监控管道焊接质量的问题，并没有考虑到如何解决焊接过程中检测设备易受火花、飞溅物、高温、强光和紫外线因素损坏的问题；

5、3、专利文件cn108188560b公开了一种基于linux系统的手持式电阻焊焊接质量监控系统，该文件主要考虑如何在线监测点焊质量的问题，并没有考虑到如何解决焊接过程中数据质量低、缺陷检测难、质量评估不全面、趋势预测不准确以及决策支持不足的问题；

6、4、专利文件cn101767452b公开了一种通过无线网络实现焊接质量监控的电熔焊机及实现方法，该文件主要考虑如何实现对焊接接头进行定位或对焊接过程数据进行存储管理的问题，并没有考虑到如何焊接过程中遇到的数据采集不全、数据处理滞后、数据存储不安全、模块间同步性差以及反馈控制不及时的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于激光检测的智能焊接质量监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于激光检测的智能焊接质量监控系统，包括非接触式检测模块、接触式检测模块、非接触式检测防护模块、接触式检测防护模块、数据采集模块、智能分析模块和反馈控制模块；

3、非接触式检测模块和接触式检测模块分别用于无接触和接触式获取焊接区域信息，非接触式检测防护模块和接触式检测防护模块分别用于保护非接触式检测模块和接触式检测模块，数据采集模块用于采集非接触式和接触式检测数据，转换、处理分析和存储数据，同时进行时钟同步，智能分析模块用于对采集数据进行预处理、缺陷检测、质量评估、趋势预测和决策支持，并可视化结果，反馈控制模块用于根据智能分析结果，通过可编程逻辑控制器、执行单元和反馈传感器调整焊接过程参数；

4、非接触式检测模块包括视觉检测单元和激光检测单元；

5、视觉检测单元包括高分辨率工业相机、光源供应子单元、图像处理器和图像存储与显示设备，高分辨率工业相机用于采集焊接区域的图像，光源供应子单元用于提供光照，图像处理器用于对采集到的图像进行处理和分析，图像存储与显示设备用于存储检测图像和显示检测结果；

6、激光检测单元包括高精度激光传感器、激光控制器和光学子单元，高精度激光传感器用于发射激光束并接收反射光，激光控制器用于调整高精度激光传感器的工作参数，光学子单元用于引导和聚焦激光束；

7、接触式检测模块包括传感器单元、超声检测单元和涡流检测单元；

8、传感器单元包括温度传感器、应力传感器和声音传感器，温度传感器、应力传感器和声音传感器分别用于实时监测焊接温度、焊接应力和焊接应力声音；

9、超声检测单元包括超声探头、超声检测仪、耦合剂和标准试块，超声探头与焊接表面接触，用于发射和接收超声波信号，超声检测仪用于对超声波信号进行处理和分析，耦合剂填充在超声探头与焊接表面之间，标准试块用于校准和验证超声检测设备；

10、涡流检测单元包括涡流探头、涡流检测仪、信号处理器和对比试块，涡流探头贴近焊接表面，用于产生和检测涡流信号，涡流检测仪用于分析涡流信号，信号处理器用于对涡流信号进行处理，对比试块用于校准和比较涡流检测结果。

11、优选的，非接触式检测防护模块包括视觉检测防护单元和激光检测防护单元；

12、视觉检测防护单元包括安装在高分辨率工业相机和光源供应子单元前方的透明耐高温防溅射石英防护罩，透明耐高温防溅射石英防护罩用于阻挡焊接过程中产生的火花和飞溅物，透明耐高温防溅射石英防护罩的一侧安装有空气吹扫装置，空气吹扫装置用于向防护罩表面吹送压缩空气。

13、优选的，激光检测防护单元包括安装在高精度激光传感器表面的耐高温抗冲击铝合金保护壳，耐高温抗冲击铝合金保护壳与焊接物体靠近的表面开设有窗口一，窗口一用于高精度激光传感器发射和接受激光束，窗口一内部安装有防护镜片一，防护镜片一用于过滤掉焊接过程中产生的强光和紫外线。

14、优选的，接触式检测防护模块包括分别安装在温度传感器、应力传感器、声音传感器以及超声探头和涡流探头外表面的陶瓷保护套、聚氨酯保护套和铜合金保护套，陶瓷保护套、聚氨酯保护套和铜合金保护套分别用于防止焊接过程中的火花、飞溅物和高温损坏温度传感器、应力传感器、声音传感器以及超声探头和涡流探头；

15、陶瓷保护套、聚氨酯保护套和铜合金保护套与焊接物体靠近的表面开设有窗口二，窗口二用于温度传感器、应力传感器、声音传感器以及超声探头和涡流探头进行检测工作，窗口二内部安装有防护镜片二，防护镜片二用于进一步阻挡焊接过程中的火花、飞溅物、强光和紫外线。

16、优选的，数据采集模块包括传感器接口、数据采集卡、数据存储单元和时钟同步单元；

17、传感器接口包括模拟信号接口和数字信号接口；

18、数据采集卡用于将传感器接口接收的模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理和分析，同时将数据传输给数据存储单元和智能分析模块；

19、数据存储单元包括内存和固态硬盘；

20、时钟同步单元包括时钟源和同步信号发生器。

21、优选的，模拟信号接口用于连接接触式检测模块接收模拟信号，数字信号接口用于连接非接触式检测模块接收数字信号；

22、内存用于临时存储采集到的数据，固态硬盘用于长期存储采集到的数据；

23、时钟源用于提供准确的时钟信号，同步信号发生器用于根据时钟源的信号生成同步信号，发送给非接触式检测模块、接触式检测模块和数据采集卡。

24、优选的，智能分析模块包括数据预处理单元、缺陷检测单元、质量评估单元、趋势预测单元和决策支持单元；

25、数据预处理单元包括数据清洗子单元、数据归一化子单元和特征提取子单元；

26、缺陷检测单元包括模式识别子单元、图像分析子单元和信号处理子单元；

27、质量评估单元包括指标计算子单元和综合评估子单元；

28、趋势预测单元包括时间序列分析子单元和机器学习预测子单元；

29、决策支持单元包括规则引擎子单元和可视化展示子单元。

30、优选的，数据清洗子单元用于去除采集到的数据中的噪声、异常值和错误数据，数据归一化子单元用于将不同类型的数据进行归一化处理，特征提取子单元用于从原始数据中提取出能够反映焊接质量的特征参数；

31、模式识别子单元用于利用机器学习和模式识别算法，对提取的特征参数进行分类和识别，图像分析子单元用于对视觉检测单元采集到的焊缝图像进行分析，信号处理子单元用于对超声检测单元和涡流检测单元采集到的信号进行处理；

32、指标计算子单元用于根据提取的特征参数和检测到的缺陷信息计算出反映焊接质量的指标，综合评估子单元用于对焊接质量进行全面评估；

33、时间序列分析子单元用于对采集到的数据进行时间序列分析，预测焊接质量的变化趋势，机器学习预测子单元用于利用机器学习算法，建立焊接质量预测模型，根据历史数据预测未来的焊接质量；

34、规则引擎子单元用于根据预设的规则和策略对分析结果进行判断和决策，为反馈控制子单元提供控制指令，可视化展示子单元用于将分析结果以图表形式展示。

35、优选的，反馈控制模块包括可编程逻辑控制器、通信接口、执行单元和反馈传感器；

36、可编程逻辑控制器用于接收智能分析模块的指令以及反馈传感器的信号，生成控制信号发送给执行单元；

37、通信接口用于可编程逻辑控制器与智能分析模块和焊接设备之间的数据传输和通信。

38、优选的，执行单元包括焊接电源控制器、运动控制系统和送丝系统控制器，焊接电源控制器用于根据可编程逻辑控制器的指令，调整焊接电源的输出电流和电压，运动控制系统用于控制焊接设备的运动轨迹和速度，送丝系统控制器用于调整焊丝送丝速度和送丝压力；

39、反馈传感器包括电流传感器、电压传感器和位置传感器，电流传感器、电压传感器和位置传感器分别用于监测焊接电流、焊接电压和焊接设备的位置和运动轨迹，并将电流信号、电压信号和位置信号反馈给可编程逻辑控制器。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、1、本发明通过设置包括视觉检测单元和激光检测单元的非接触式检测模块，以及包括传感器单元、超声检测单元和涡流检测单元的接触式检测模块，为智能焊接质量监控系统提供了全面的检测手段，通过高分辨率工业相机和光源供应子单元，视觉检测单元能够实时捕捉焊接区域的图像，结合图像处理器进行快速分析，及时发现焊接过程中的外观缺陷，激光检测单元则利用激光束的反射特性，检测焊接表面的平整度和高度变化，为焊接质量的控制提供精确数据，超声检测单元通过超声探头向焊接内部发射超声波，并接收其反射回来的信号，经过超声检测仪的处理和分析，能够发现焊接内部的缺陷，这种非破坏性检测手段能够保证焊接结构的完整性和安全性，涡流检测单元利用涡流效应，通过涡流探头在焊接表面产生涡流，并检测涡流的变化情况，从而判断焊接表面及近表面的缺陷，接触式检测模块中的传感器单元，包括温度传感器、应力传感器和声音传感器，能够实时监测焊接过程中的温度、应力和声音确保焊接工艺在控制范围内进行，防止过热、过应力等问题的发生，多种检测手段的结合使用，不仅提高了检测的全面性，还通过自动化和智能化的处理方式，显著提高了检测效率和准确性，减少了人为因素导致的误差，因此可以解决焊接过程中的焊接质量监控不全面、无法同时检测焊接内部缺陷以及检测焊接表面缺陷和存在人为因素导致的误差的问题，全面提升焊接质量监控水平，为焊接质量提供可靠保障。

42、2、本发明通过设置非接触式检测防护模块和接触式检测防护模块，为智能焊接质量监控系统中的检测设备提供全面保护，非接触式检测防护模块包括视觉检测防护单元和激光检测防护单元，其中视觉检测防护单元采用透明耐高温防溅射石英防护罩和空气吹扫装置保护高分辨率工业相机和光源供应子单元，激光检测防护单元利用耐高温抗冲击铝合金保护壳和防护镜片一保护高精度激光传感器，接触式检测防护模块为温度传感器、应力传感器、声音传感器以及超声探头和涡流探头配备陶瓷保护套、聚氨酯保护套和铜合金保护套，并在保护套表面开设窗口二和安装防护镜片二，因此可以解决焊接过程中检测设备易受火花、飞溅物、高温、强光和紫外线因素损坏的问题，同时提高检测的稳定性和准确性，确保智能焊接质量监控系统能够在恶劣的焊接环境中正常工作，为焊接质量的提升提供有力保障。

43、3、本发明通过设置智能分析模块，数据预处理单元通过数据清洗、归一化和特征提取，有效去除了采集数据中的噪声、异常值和错误数据，提高了数据的准确性和可靠性，同时，特征提取子单元能够从海量原始数据中提炼出对焊接质量评估有价值的特征参数，为后续分析提供了有力支持，缺陷检测单元利用模式识别、图像分析和信号处理多种技术手段，对焊接过程中的各类缺陷进行全面精准的检测，不仅包括了对焊缝外观缺陷的视觉检测，还涵盖了内部缺陷的超声检测和表面缺陷的涡流检测，通过这些手段，能够及时发现并定位焊接过程中的质量问题，质量评估单元通过计算反映焊接质量的各项指标，并结合缺陷检测信息进行综合评估，为焊接质量的整体判断提供了科学依据，趋势预测单元通过时间序列分析和机器学习算法，对焊接质量的变化趋势进行预测，有助于提前发现并应对出现的质量问题，避免质量波动对生产造成的不利影响，同时，预测结果还可以为生产计划的制定和调整提供参考，决策支持单元通过规则引擎和可视化展示，实现了对分析结果的智能化处理和直观展示，规则引擎能够根据预设的规则和策略对分析结果进行判断和决策，为反馈控制子单元提供精准的控制指令，可视化展示则有助于操作人员更直观地理解分析结果，提高决策效率和准确性，综上所述，智能分析模块通过集成多种先进技术和方法，全面提升了焊接质量监控的智能化水平，解决了焊接过程中数据质量低、缺陷检测难、质量评估不全面、趋势预测不准确以及决策支持不足的问题。

44、4、本发明通过设置数据采集模块和反馈控制模块，传感器接口支持模拟信号和数字信号的采集，使得接触式检测模块与非接触式检测模块都能无缝接入，确保焊接过程中各类关键数据的准确获取，提高了数据采集的全面性和灵活性，数据采集卡能够即时将模拟信号转换为数字信号，并进行初步处理和分析，确保数据在传输给数据存储单元和智能分析模块时保持高度的实时性和准确性，为后续的数据分析和质量评估提供了坚实的基础，同时采用内存与固态硬盘相结合的存储方式，既保证了数据的快速访问速度，又确保了数据的长期安全存储，有效避免了数据丢失的风险，提高了数据管理的效率和可靠性，时钟同步单元通过提供准确的时钟信号和同步信号，确保了非接触式检测模块、接触式检测模块和数据采集卡之间的精确同步操作，可以提高数据的一致性和准确性，反馈控制模块通过可编程逻辑控制器接收智能分析模块的指令和反馈传感器的信号，生成精确的控制信号发送给执行单元，实现了对焊接过程的实时反馈控制，不仅确保了焊接质量的稳定性和可靠性，还提高了焊接过程的自动化水平，各个模块之间通过标准接口进行连接和通信，使得系统的集成更加便利和灵活，综上所述，本发明通过优化数据采集、处理、存储、同步以及反馈控制等关键环节，解决了焊接过程中遇到的数据采集不全、数据处理滞后、数据存储不安全、模块间同步性差以及反馈控制不及时的问题，显著提高了焊接质量的稳定性和可靠性，降低了生产成本，提升了生产效率。