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一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法

阅读:1发布:2020-10-20

专利汇可以提供一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种窄间隙脉冲MAG焊 电弧 传感三维 焊缝 跟踪 方法,适用于坡口 角 度小于10°的窄间隙 焊接 ,通过 电流 传感器 采样 电流值;从经过均值滤波后的电流 信号 中提取每一个脉冲周期的峰值电流、基值电流,当一个摆动周期结束时计算峰值电流信号的平均值,与前一周期峰值电流信号的平均值比较,转换为 焊枪 高度信息发送给焊枪高度控 制模 块 ,驱动步进 电机 转动调节焊枪高度;当焊枪到达 侧壁 位置 时开始记录基值电流信号,一个摆动周期结束时计算两个侧壁基值电流的差值并转换为偏差值发送给焊枪横向摆动 控制模块 ,驱动步进电机转动调节焊枪的摆动中心。本发明充分利用了窄间隙坡口和脉冲MAG焊接的特点,有效提高了窄间隙脉冲MAG焊接过程电弧传感的灵敏度。,下面是一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法专利的具体信息内容。

1.一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:包括以下步骤:以下步骤适用于工件坡口度小于10°的窄间隙焊接
(1)工艺参数设置,选择焊机脉冲MAG焊模式,设置摆幅的工艺参数保证侧壁熔合;
(2)启动系统,焊枪开始摆动、焊机起弧,通过电流传感器根据采样频率采样电流值;
(3)从经过均值滤波后的电流信号中提取每一个脉冲周期的峰值电流、基值电流;
(4)记录每一个脉冲周期的峰值电流信号,当一个摆动周期结束时计算峰值电流信号的平均值,并与前一周期峰值电流信号的平均值比较,转换为焊枪高度信息发送给焊枪高度控制模,从而驱动步进电机转动角度调节焊枪高度;
(5)当焊枪到达侧壁位置时开始记录若干个基值电流信号,一个摆动周期结束时计算两个侧壁基值电流的差值并转换为偏差值发送给焊枪横向摆动控制模块,从而驱动步进电机转动角度调节焊枪的摆动中心;
(6)停止,焊机熄弧、停止采集、焊枪回归摆动中心。
2.根据权利要求1所述的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:
在步骤(1)中,所述摆幅根据窄间隙坡口宽度设置,焊丝与左右两侧壁各保留1mm;焊接电流为120A~150A。
3.根据权利要求1所述的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:
在步骤(2)中,所述电流传感器为霍尔电流传感器,并通过AD7606进行采样。
4.根据权利要求1所述的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:
在步骤(3)中,为了能够按脉冲周期把连续的采样点区分开,采用的方法是:当连续三次采样得到的电流值超过400A时认为一个脉冲周期开始,当连续三次采样得到的电流值小于
400A时认为脉冲阶段结束,当再次连续采样三次的电流值超过400A时认为第一个脉冲周期结束,第二个脉冲周期开始;脉冲阶段电流的最大值作为峰值电流,从上一个脉冲阶段结束到下一个脉冲阶段开始,过程中所有采样电流的平均值作为基值电流。
5.根据权利要求1所述的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:
在步骤(4)中,所述焊枪高度控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,所述步进电机正反方向转动经过滚珠丝杠驱动焊枪进行高度方向调节,步进电机正转时焊枪上升,步进电机反转时焊枪下降。
6.根据权利要求1所述的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,其特征在于:
在步骤(5)中,所述焊枪横向摆动控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,步进电机按照设定摆动频率驱动焊枪往复摆动,当焊枪横向摆动控制模块接收到偏差值后,控制步进电机调整焊枪摆动中心,实现左右方向焊缝跟踪控制。

说明书全文

一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法

技术领域

[0001] 本发明属于机械自动控制技术领域,尤其是涉及一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法。

背景技术

[0002] 焊枪摆动或者旋转过程中,导电嘴到工件的距离受到坡口形状和位置的影响,其长度发生规律性的变化。这种变化能够通过电弧信号的变化反映出来并用于监测和控制焊枪位置,这就是基于电弧传感的焊缝跟踪技术。
[0003] 焊缝跟踪控制包括对焊枪的高低和对中两个方面的信息进行传感和控制。电弧传感器用于焊缝跟踪的技术方案首先由德国Aachen工业大学EichhornF和Platz J提出,但是由于焊接电弧的稳定性问题,电弧传感焊缝跟踪一直没有得到广泛的应用。
[0004] 随着焊接电源技术的不断进步,焊接过程更加稳定,电弧传感器已经被成功应用于V形、T形接头的焊缝跟踪控制中—OTC的FD-WD电弧传感器精度已经可以达到±1mm;ABB的WeldguidⅢ不仅能够实现高低和对中跟踪,而且还能实现变坡口宽度的跟踪控制。
[0005] 但是窄间隙焊接侧壁熔合困难,为了保证两个侧壁的同时熔合,需要更高的焊缝跟踪精度,现有的商用传感器还不能直接用于窄间隙焊缝跟踪。虽然美国CRC和法国的Serimax已经将电弧传感器成功的应用于其开发的管道窄间隙焊接设备中,而且CRC的自动焊设备已经完成了超过10000公里的焊接里程,但是其电弧传感器仍然存在适应不同坡口和工艺条件能较差的问题,使用这些设备时不仅需要严格控制坡口和组对精度并在防棚内完成焊接,而且需要十分专业的焊工进行操作,限制了设备的推广和应用。
[0006] 针对窄间隙焊接电弧传感精度的问题,许多学者开展了广泛的研究。黎文航等人采用支持向量机和粗糙集的方法对多层单道窄间隙MAG焊接进行偏差识别,试图从统计学的度提高在电弧信号中提取焊缝偏差的精度。Baek D采用神经网络的方法建立电弧信号与侧壁位置之间的关系,应用神经网络自适应、自组织和实时学习的特点来解决电弧信号与焊缝位置之间的非线性关系。Hyeong-Soon采用移动平均法进行滤波,设计了一款窄坡口双焊炬自动焊接系统。上述研究均是从信号处理和控制方法的角度试图提高电弧传感的灵敏度进而提高跟踪控制精度,并没有回归到窄间隙焊接物理过程的本质上对窄间隙焊接影响电弧传感精度的原因进行深入分析。

发明内容

[0007] 本发明要解决的问题是提供一种有效提高窄间隙脉冲MAG焊接过程电弧传感灵敏度的窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,包括以下步骤:以下步骤适用于工件坡口角度小于10°的窄间隙焊接,[0009] (1)工艺参数设置,选择焊机脉冲MAG焊模式,设置送丝速度、摆幅等工艺参数保证侧壁熔合,尽量避免短路过渡;根据窄间隙坡口宽度设置摆动幅度,焊丝与左右两侧壁各保留1mm;焊接电流为120A~150A;
[0010] (2)启动系统,焊枪开始摆动、焊机起弧,通过电流传感器根据采样频率采样电流值;
[0011] (3)从经过均值滤波后的电流信号中提取每一个脉冲周期的峰值电流、基值电流;
[0012] (4)记录每一个脉冲周期的峰值电流信号,当一个摆动周期结束时计算峰值电流信号的平均值,并与前一周期峰值电流信号的平均值比较,转换为焊枪高度信息发送给焊枪高度控制模,从而驱动步进电机转动一定的角度调节焊枪高度;
[0013] 该焊枪高度控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,步进电机正反方向转动经过滚珠丝杠驱动焊枪进行高度方向调节,步进电机正转时焊枪上升,步进电机反转时焊枪下降,从而驱动步进电机转动一定的角度调节焊枪高度;
[0014] (5)当焊枪到达侧壁位置时开始记录若干个基值电流信号,一个摆动周期结束时计算两个侧壁基值电流的差值并转换为偏差值发送给焊枪横向摆动控制模块,从而驱动步进电机转动一定的角度调节焊枪的摆动中心;
[0015] 该焊枪横向摆动控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,步进电机按照设定摆动频率驱动焊枪往复摆动,当焊枪横向摆动控制模块接收到偏差值后,控制步进电机调整焊枪摆动中心,实现左右方向焊缝跟踪控制;
[0016] (6)停止,焊机熄弧、停止采集、焊枪回归摆动中心。
[0017] 在步骤(2)中,所述电流传感器为霍尔电流传感器,并通过AD7606进行采样。
[0018] 在步骤(3)中,为了能够按脉冲周期把连续的采样点区分开,采用的方法是:当连续三次采样得到的电流值超过400A时认为一个脉冲周期开始,当连续三次采样得到的电流值小于400A时认为脉冲阶段结束,当再次连续采样三次的电流值超过400A时认为第一个脉冲周期结束,第二个脉冲周期开始;脉冲阶段电流的最大值作为峰值电流,从上一个脉冲阶段结束到下一个脉冲阶段开始,过程中所有采样电流的平均值作为基值电流。
[0019] 由于采用上述技术方案,本发明通过在窄间隙脉冲MAG焊接过程中的一种特殊的电弧物理现象的分析,提出了一种新的电弧传感焊缝跟踪的方法,充分利用了窄间隙坡口和脉冲MAG焊接的特点,有效提高了窄间隙脉冲MAG焊接过程电弧传感的灵敏度。附图说明
[0020] 下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明,本发明的优点和实现方式将会更加明显,其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明,而不构成对本发明的任何意义上的限制,在附图中:
[0021] 图1是窄间隙焊接电弧“跳壁”现象
[0022] 图2是基值电弧信号传感对中信息
[0023] 图3是峰值电弧信号传感高度信息

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明:
[0025] 跳壁现象:当焊丝端部与侧壁间的距离小于其与坡口底部的距离时,根据最小电压原理对电弧消耗能量最小的要求,电弧应建立在焊丝端部与侧壁之间,但由于焊丝与侧壁接近平行,峰值阶段电流密度迅速增大,电弧收缩,挺直性增强,电弧会沿侧壁向下爬行到坡口底部,峰值阶段结束后电弧再跳回侧壁,这一现象按脉冲频率高速、往复出现,如图1所示。“跳壁”现象发生时,基值阶段电弧通道建立在焊丝端部与坡口侧壁之间,反映的仅仅是焊丝到侧壁的距离;峰值阶段的电弧通道建立在焊丝端部与熔池表面,反映焊炬高度,如图2和图3所示。
[0026] 按照传统的电弧传感方法,分别采集焊枪摆动或者旋转到左、右侧壁位置时的电信号并计算差值,根据该差值进行焊枪的对中调节;采集一个摆动或者旋转周期内的所有的电流值求出平均电流,并与前一周期内计算得到的平均电流相比较,根据差值进行焊枪高度调节。
[0027] 这种方法适用于普通的V形、T形、搭接接头,也适用于直流焊接的方法。对于窄间隙脉冲MAG焊接,电弧在侧壁位置发生“跳壁”现象,此时的基值电流并不反映焊枪高度信息,仅仅反映焊枪对中信息,此时如果采用平均电流传感焊枪高度信息将会降低传感的灵敏度;峰值电流基于磁偏吹在一定程度上反映对中信息,也不如单独采用基值电流传感对中信息更加准确。
[0028] 因此,本发明针对窄间隙脉冲MAG焊接过程,根据“跳壁”现象,提出了一种采用峰值电流传感高度信息、基值电流传感对中信息,从而提高电弧传感灵敏度的方法。
[0029] 一种窄间隙脉冲MAG焊电弧传感三维焊缝跟踪方法,包括以下步骤:以下步骤适用于工件坡口角度小于10°的窄间隙焊接。
[0030] (1)工艺参数设置,选择焊机脉冲MAG焊模式,焊接参数的设置要保证侧壁熔合;根据窄间隙坡口宽度设置摆动幅度,焊丝与左右两侧壁各保留1mm;焊接电流为120A~150A;
[0031] (2)启动系统,焊枪开始摆动、焊机起弧,通过霍尔电流传感器,并通过AD7606以一定的采样频率采样电流值;
[0032] (3)从经过均值滤波后的电流信号中提取每一个脉冲周期的峰值电流、基值电流;为了能够按脉冲周期把连续的采样点区分开,采用的方法是:当连续3次采样得到的电流值超过400A时认为一个脉冲周期开始,当连续3次采样得到的电流值小于400A时认为脉冲阶段结束,当再次连续采样3次的电流值超过400A时认为第一个脉冲周期结束,第二个脉冲周期开始;脉冲阶段电流的最大值作为峰值电流,从上一个脉冲阶段结束到下一个脉冲阶段开始,过程中所有采样电流的平均值作为基值电流;
[0033] (4)记录每一个脉冲周期的峰值电流信号,当一个摆动周期结束时计算峰值电流信号的平均值,并与前一周期峰值电流信号的平均值比较,转换为焊枪高度信息发送给焊枪高度控制模块,该焊枪高度控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,步进电机正反方向转动经过滚珠丝杠驱动焊枪进行高度方向调节,步进电机正转时焊枪上升,步进电机反转时焊枪下降,从而驱动步进电机转动一定的角度调节焊枪高度;
[0034] (5)当焊枪到达侧壁位置时开始记录5个基值电流信号,一个摆动周期结束时计算两个侧壁基值电流的差值并转换为偏差值发送给焊枪横向摆动控制模块,该焊枪横向摆动控制模块包括步进电机和滚珠丝杠,步进电机按照设定摆动频率驱动焊枪往复摆动,当焊枪横向摆动控制模块接收到偏差值后,控制步进电机调整焊枪摆动中心,实现左右方向焊缝跟踪控制;
[0035] (6)按停止按钮,焊机熄弧、停止采集、焊枪回归摆动中心。
[0036] 本发明通过在窄间隙脉冲MAG焊接过程中的一种特殊的电弧物理现象的分析,提出了一种新的电弧传感焊缝跟踪的方法,充分利用了窄间隙坡口和脉冲MAG焊接的特点,有效提高了窄间隙脉冲MAG焊接过程电弧传感的灵敏度。
[0037] 以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
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