[發明專利]基于擺動電弧的多層多道焊焊縫跟蹤系統及識別方法

有效

• 申請號: 201210130500.8
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102615390A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 洪波;洪宇翔;李湘文;陽佳旺;楊學道;言俊光
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K9/022
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

本發明屬于焊接自動控制技術領域，具體涉及一種基于擺動電弧的多層多道焊焊縫跟蹤系統及識別方法。

背景技術

焊縫跟蹤技術是實現焊接自動化的重要研究方向。對于厚板的開坡口焊接，由于坡口加工與裝配尺寸及位置誤差等影響,采用精確的焊縫跟蹤技術進行多層多道焊接是保證其焊接質量的關鍵。

基于電弧傳感器與視覺傳感器的焊縫跟蹤技術是目前研究與應用的主流，?在對有單層焊縫工件的焊接過程中可以達到良好的跟蹤效果，而對于厚板的多層多道焊，在第一道焊縫焊完之后，焊接接頭形式往往已發生改變，焊縫偏差識別一直是一個難點，目前其在國內的應用還不能達到令人滿意的程度。在歐美發達國家，針對于厚板焊接的焊縫跟蹤通常采用基于CCD傳感器（電荷藕合器件圖像傳感器）的視覺跟蹤法。采用CCD傳感器雖然控制精度比較高，但成本也高，易受弧光干擾影響，對多層多道焊接的圖像識別處理還存在不少困難，只能用于變形不大的直線焊縫自動跟蹤。

目前，基于電弧傳感器的焊縫自動跟蹤技術在薄板焊接中的應用已比較成熟，但針對厚壁結構焊接的研究和應用未見報道。電弧傳感技術包括旋轉電弧掃描和擺動電弧掃描兩種方式：旋轉電弧傳感器雖然不需要附加設備，控制精度比較高，但其體積大，結構復雜，造價較高，安裝到焊接機器人或焊接小車上直接影響焊槍移動的靈活性，也在某種程度上限制焊槍的姿態和到達某些工位的可能性；擺動電弧傳感方式其特點主要是焊槍擺動掃描幅度較容易調整，傳感器結構簡單緊湊，另一方面，焊槍在焊接過程中擺動，可以增加焊道寬度，降低焊層厚度，有利于改善焊接寬度不均勻的焊縫、提高焊縫金屬的力學性能和增進焊道表面美觀度。對于需要大幅度擺動焊接且焊縫形式多樣的厚板多層多道焊而言，擺動電弧傳感器更容易實現。

發明內容

本發明的第一個目的在于針對目前難以實現厚板多層多道焊焊縫自動跟蹤的問題，提供一種基于擺動電弧的多層多道焊焊縫跟蹤系統。

本發明的第一個目的是通過如下的技術方案來實現的：該基于擺動電弧的多層多道焊焊縫跟蹤系統，主要用于厚板V型坡口多層多道焊焊接，它包括焊接小車、焊槍及與焊槍連接的送絲機；它還包括安裝于焊接小車上的立式主滑架，安裝于主滑架上的傾角調節機構，安裝于傾角調節機構上、并安裝有焊槍的擺動器；所述擺動器包括左右滑架和高低調節滑塊，左右滑架安裝于傾角調節機構上，高低調節滑塊安裝于左右滑架上，焊槍豎直安裝于高低調節滑塊上，橫向的左右滑架與豎向的高低調節滑塊構成十字架形；霍爾傳感器連接于待焊母材與焊接電源之間，其信號輸出端與控制器連接；焊接電源與送絲機連接，控制器與驅動器連接，驅動器與驅動主滑架、左右滑架和高低調節滑塊的步進電機連接，驅動器還與驅動焊接小車和傾角調節機構的電機連接；控制器通過霍爾傳感器傳來的電信號作出運算處理求得焊縫偏差信息，并發出指令控制驅動器來驅動各電機協調動作進行焊槍的調節，從而實現焊槍的焊縫自動跟蹤控制。

更進一步，所述控制器包括一安裝有焊縫跟蹤系統軟件的單片機。

本發明的第二個目的在于提供上述基于擺動電弧的多層多道焊焊縫跟蹤系統的識別方法，該方法是：焊接開始后，首先在擺動器的驅動下，焊槍對V型焊接坡口進行橫向擺動掃描，由霍爾傳感器將檢測到的焊接電流信號和定位脈沖信號一起送到控制器進行軟件處理和運算，求得焊縫偏差信息，由擺動器執行焊槍焊縫偏差調節，從而實現焊縫自動跟蹤焊接。

更具體地說，所述求得焊縫偏差信息首先是采用坡口面積比較法對焊縫形狀進行自動識別，如果左右兩側面積不相等，則焊縫形狀不對稱，判斷為典型的多層多道焊的r型焊縫；如果左右兩側面積相等，則焊縫形狀對稱，判斷為典型的多層多道焊的????????????????????????????????????????????????型焊縫；針對焊縫形狀自動識別后的r型和型兩種焊縫形狀，再分別采用同側積分法和斜率加權積分法二種焊縫偏差提取方法。

所述同側積分法為：

假定焊槍起始位置位于焊槍擺動中心，并向右側開始平擺，在最初幾個擺動掃描周期內，對傳感器在不同位置的輸出焊接電流值采樣后進行離散積分運算后求均值，將該值作為基準值與焊槍在擺動中心右側每次往返擺動的半個周期內的電流積分平均值進行比較，即可求得焊槍偏差大小與方向。

所述斜率加權積分法為：

在電弧擺動掃描周期內，由型焊縫側邊的斜率的絕對值大小決定該點電流信號的采樣值的權重：越大的區間，焊接電流采樣值權重越大；在一個擺動周期內，對焊槍中心左右兩側電流信號的采樣按的絕對值大小進行加權后再求差值，即可得到焊槍對型焊縫中心偏差的大小與方向。