[發明專利]一種基于磁控旋轉電弧傳感的自動化堆焊方法

有效

• 申請號: 201610139147.8
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105562886B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 洪波;姚強;李湘文;曹源源
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/127;B23K9/095
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明具體涉及一種基于磁控旋轉電弧傳感焊縫跟蹤的自動堆焊方法，屬于焊接自動化領域。

背景技術

堆焊作為材料表面改性的一種經濟而快速的工藝方法，越來越廣泛地應用于電力、礦山、冶金、石油化工等工業部門零件的制造修復中。我國堆焊技術的整體水平不高，堆焊方法簡單粗獷，目前的自動化再制造堆焊技術的核心是利用操作機或機器人等來自動規劃路徑，以實現自動化堆焊，為保證焊炬對準堆焊焊縫中心，必須依靠人工時刻仔細調整焊炬與堆焊焊縫中心的位置，但很難保證堆焊的質量和效率，而且為提高堆焊再制造質量，有效措施是控制工件表面高低不平時的引弧和熄弧，通過采用高度跟蹤技術可以實現局部磨損嚴重部位的堆焊再制造修復。電弧傳感器是目前唯一不需要超前于焊槍安裝的焊縫跟蹤傳感器。這種焊縫跟蹤傳感器實時性好，有很強的抗弧光、高溫、煙霧和電磁干擾的能力。雖然旋轉電弧傳感器結構比擺動式電弧傳感器復雜，但因旋轉頻率高，增加了焊槍偏差檢測的靈敏度和焊縫跟蹤精度。但是多層多道堆焊時，由于焊炬位置的變化相對單層焊時小很多，信號的提取和偏差的識別難度更大，如直接采用現有的電弧傳感式焊縫跟蹤技術，不能滿足位姿信息自動識別和跟蹤調節的要求。另外，因堆焊表面的磨損程度不同，使焊炬不僅相對于工件的垂直與水平距離會變化，而且前后左右的傾斜角度也會發生變化，這種變化必然造成電弧信號采樣偏差，從而引起焊道跟蹤的誤判。

發明內容

本發明目的是提供一種滿足再制造行業的要求的穩定性強、實用性好，工藝效果好的自動化堆焊方法，改善現在堆焊過程中缺乏零件表面狀態的實時識別和調節以及堆焊參數的自適應控制方法的行業局面，提高堆焊過程的自動化、智能化程度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的；如圖1所示，該裝置包括磁控旋轉堆焊傳感器、主控制器、堆焊層識別控制器、堆焊焊炬姿態控制器、驅動器、焊接電源、送絲機構、霍爾傳感器、執行機構和變位機組成，其特點是：所述焊槍直接安裝在磁控旋轉電弧堆焊傳感器上，磁控電弧堆焊傳感器安裝在執行機構上，焊接時電弧位于磁控旋轉堆焊傳感器的中心位置，磁控旋轉堆焊傳感器產生的旋轉磁場帶動焊接電弧按一定頻率掃描堆焊層，同時磁控旋轉堆焊傳感器將掃描到的焊縫位置信息輸出給主控制系統，同時霍爾傳感器將焊接電流信號輸出給主控制器，經處理分別輸入堆焊層識別控制器和堆焊焊炬姿態控制器進行處理，最后主控制器根據返回的信號驅動執行機構和變位機進行自動化堆焊。

所述磁控旋轉堆焊傳感器包括兩對呈一定夾角的導磁鐵芯，勵磁線圈繞在導磁鐵芯上形成磁極，勵磁線圈與勵磁電源連接，焊槍安裝在兩對磁極組成的矩形中心位置，固定鐵芯的支架中心位置有裝有齒輪的圓桿與電機連接帶動鐵芯旋轉，圓桿中心位置安裝隨電機轉子旋轉的光碼盤，光碼盤將掃描的采樣點位置信號輸出給主控制器。在焊接自動化領域中，現有的單一對磁極的電弧傳感器只在磁極中心線處有范圍很窄的橫向磁場對電弧的控制精度較小，旋轉電弧采樣信號也較弱，僅能用于普通的角焊縫跟蹤，在堆焊這種零件表面情況復雜的條件下無法滿足要求，而根據磁場疊加原理可知本發明的磁控電弧傳感器在兩對磁極中心處能產生磁場強度高、范圍較大的橫向磁場，能夠滿足堆焊條件下的旋轉電弧控制精度和采樣信號強度的要求。

所述的堆焊層識別控制器包括信號濾波放大電路和算法處理模塊組成。現在堆焊領域還沒有對堆焊層曲面形貌特征進行識別與檢測的技術，普遍采用的是通過人工觀察和手動機械控制的方法進行復雜形貌下的堆焊工作，不僅自動化程度很低而且堆焊效果也很一般，本發明所設計的堆焊層識別控制器是全新設計針對堆焊層曲面形貌識別這一空白技術領域，能明顯提高堆焊的質量和自動化程度。其特點是：焊接電源與焊槍和霍爾傳感器連接，霍爾傳感器將采集到的焊接電流信號通過主控制器中的信號采集和處理電路傳輸給堆焊層識別控制器，同時磁控旋轉堆焊傳感器實時掃描堆焊層采集不同采樣周期的采樣點的光碼盤定位信號，由于電弧旋轉頻率遠大于焊炬調整頻率，在識別堆焊層形貌時可設定前兩個采樣周期內焊炬姿態并未發生變化，根據旋轉電弧的弧長與電流關系函數，獲取在這兩個旋轉周期不同采樣點的焊炬高度，進行動態線性回歸獲取掃描堆焊層采樣點的高低落差，利用弧長等高線法轉換成磁控旋轉電弧傳感器兩個掃描周期內堆焊層的表面形貌信號，經處理后輸出給主控制器，作為進行焊道排列、焊縫跟蹤和焊炬最佳位姿計算的依據。