[發明專利]窄間隙焊接電弧搖動的適應控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201410741503.4
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104439620A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王加友;朱杰;蘇娜;楊茂森;黎文航
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種窄間隙焊接電弧搖動的適應控制裝置，包括窄間隙焊炬，窄間隙焊炬中的折彎導電桿（3）一端與電機驅動及饋電機構（4）相連、另一端與直型導電嘴（2）相接，穿過窄間隙焊炬的焊絲（5）伸入坡口寬度變化的待焊坡口（9）中產生焊接電弧（1），其特征是：還包括電弧搖動參數控制系統（10）、計算機圖像處理系統（11）以及紅外攝像系統；紅外攝像系統包括數字式紅外攝像機（12）及紅外濾光系統（13），計算機圖像處理系統（11）包含依次連接的圖像采集卡（14）、坡口寬度提取模塊（15）和搖動角度計算模塊（16），圖像采集卡（14）通過視頻線與紅外攝像機（12）相連，搖動角度計算模塊（16）的輸出連接電弧搖動參數控制系統（10）。

2.一種如權利要求1所述窄間隙焊接電弧搖動的適應控制裝置的控制方法，其特征是：紅外攝像系統以電弧位置外觸發方式獲取焊接區域紅外圖像，經過計算機圖像處理系統（11）處理，實時提取到坡口寬度信息；計算機圖像處理系統（11）根據坡口寬度計算出電弧搖動角度目標值；電弧搖動參數控制系統（10）控制電機驅動及饋電機構（4）直接轉動折彎導電桿（3），控制電弧（1）在待焊坡口（9）內以目標搖動角度作相對于焊炬的圓弧形軌跡（8）搖動，實現根據坡口寬度變化對電弧搖動角度的自適應控制。

3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征是具體包括以下步驟：

在搖動角度計算模塊（16）中，預設電弧搖動半徑r、預留工藝間隙g、坡口寬度變化判定閾值TH_w以及坡口寬度初始值G_s0后，計算出坡口初始寬度G_s0處所對應的初始搖動角度α₀，作為坡口實際寬度A₀B₀處的采樣值，然后焊炬與紅外攝像系統一起以焊接速度V_w向前移動，同時電弧搖動參數控制系統（10）通過焊炬控制電弧（1）在待焊坡口（9）內作搖動角度為α₀的往復式圓弧形軌跡（8）搖動；

電弧搖動參數控制系統（10）根據電機轉動位置檢測信號P_M，在電弧（1）偏向待焊坡口（9）左側壁或右側壁或處于坡口中心時，向紅外攝像機（12）和圖像采集卡（14）發出電弧拍攝與圖像采集觸發信號P_A，使計算機圖像處理系統（11）獲取焊接區域圖像后，寬度提取模塊（15）通過圖像處理實時提取坡口寬度；

當焊炬移動到坡口實際寬度為A_iB_i的任意位置處時，坡口寬度提取模塊（15）實時提取該處坡口寬度當前檢測值G_i，并與之前在其他位置獲取的最近的當i≥n時的n-1個或當i＜n時的i-1個坡口寬度檢測值一起，求出當n≥1時共n個或當i＜n時共i個坡口寬度檢測值的中值或平均值，作為A_iB_i處坡口寬度當前采樣值G_si，再輸入至搖動角度計算模塊（16）中；其中i是實際采樣點序數，i≥1；

搖動角度計算模塊（16）將坡口寬度當前采樣值G_si與前次采樣值G_s(i-1)進行比較，若二者差值的絕對值ΔG_si≤TH_w，則不調整坡口實際寬度為A_iB_i處的電弧搖動角度α_i；否則，搖動角度計算模塊（16）根據坡口寬度當前采樣值G_si、預留工藝間隙g和電弧搖動半徑r，計算求得A_iB_i處電弧搖動角度目標值α_i后，電弧搖動參數控制系統（10）再通過電機驅動及饋電機構（4）驅動折彎導電桿（3），控制電弧（1）作角度為α_i的圓弧形軌跡（8）搖動，使電弧在側壁停留點D_i和M_i處至坡口側壁距離分別與設定的預留工藝間隙g相等；

⑤重復上述步驟至步驟，直至焊接過程結束。