[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于電弧聲波信號(hào)傳感監(jiān)測(cè)電弧弧長(zhǎng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710095561.8
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106695072B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅怡;張成洋;朱亮;韓靜韜;熊偉;王子琪;蔣志高
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K9/095
• 分類(lèi)號(hào): B23K9/095
• 代理公司: 重慶華科專(zhuān)利事務(wù)所50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于電弧聲波信號(hào)傳感監(jiān)測(cè)電弧弧長(zhǎng)的方法，既適用于TIG、MIG、MAG、PAW等電弧焊接過(guò)程中對(duì)電弧弧長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)也適合用于金屬材料電弧堆焊、電弧熔敷與電弧三維快速成形等電弧增材制造過(guò)程中對(duì)電弧弧長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

使用電弧作為熱源，可以進(jìn)行各種金屬材料結(jié)構(gòu)的電弧焊接制造和電弧增材制造。在智能制造技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下，電弧焊接和電弧增材制造過(guò)程中的焊縫熔透控制和電弧跟蹤技術(shù)是機(jī)器人制造自動(dòng)化領(lǐng)域非常有意義的研究課題。為了獲得良好的焊接成形質(zhì)量或增材制造沉積層質(zhì)量，必須獲取有關(guān)電弧熱源的更多信息，并將電弧動(dòng)態(tài)控制在適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定水平。在電弧焊接制造和電弧增材制造過(guò)程中，電弧并非恒定不變，而是盡可能使其自身處于動(dòng)態(tài)熱平衡狀態(tài)中，以獲得最穩(wěn)定能量輸出效果和最佳加工狀態(tài)。電弧弧長(zhǎng)是眾多電弧熱源信息中影響電弧動(dòng)態(tài)變化的重要因素。加工過(guò)程中，電弧弧長(zhǎng)的改變將影響電弧熱源作用于加工對(duì)象的有效能量，由于弧長(zhǎng)變化而引發(fā)電弧熱源能量作用于制造區(qū)而產(chǎn)生的電弧燃弧和熔滴過(guò)渡穩(wěn)定性發(fā)生變化將極大地制約焊接或增材制造質(zhì)量的提高。因此，在電弧焊接和電弧增材制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電弧弧長(zhǎng)的離線檢測(cè)或在線監(jiān)測(cè)對(duì)于制造過(guò)程的控制和制造質(zhì)量的評(píng)估具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在以電弧為加工熱源的制造過(guò)程中，電弧熱源、熔滴與熔池形成的相互作用效應(yīng)會(huì)以不同形式釋放能量，以空氣負(fù)載形式釋放的聲波即是其中的一種。由于不同弧長(zhǎng)電弧沖擊能量釋放具有明顯差異性，使電弧弧長(zhǎng)變化與電弧聲波波動(dòng)形成了一定的映射關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)電弧焊接或電弧增材制造，提供一種利用電弧聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)電弧弧長(zhǎng)的方法，其利用電弧激發(fā)的可聽(tīng)聲波信號(hào)作為信息源，實(shí)時(shí)檢測(cè)電弧所產(chǎn)生的聲波信號(hào)，利用小波分析等技術(shù)提取電弧聲波信號(hào)的特征曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧弧長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種基于電弧聲波信號(hào)傳感監(jiān)測(cè)電弧弧長(zhǎng)的方法，所述方法實(shí)時(shí)檢測(cè)加工過(guò)程中的電弧聲波信號(hào)，利用電弧聲波與電弧弧長(zhǎng)的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧焊接或電弧增材制造過(guò)程電弧弧長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)，所述方法的步驟如下：

（1）安裝聲波傳感器于電弧側(cè)上方；

（2）打開(kāi)電弧電源，開(kāi)始對(duì)目標(biāo)對(duì)象的加工制造；

（3）實(shí)時(shí)采集輸出電弧能量連續(xù)沖擊基板或制造區(qū)域的熔池而激發(fā)產(chǎn)生的聲波信號(hào)，并繪制出信號(hào)的動(dòng)態(tài)波形圖；

（4）加工制造結(jié)束，關(guān)停電弧能量輸出，并停止聲波信號(hào)在線檢測(cè)；

（5）設(shè)定電弧聲波信號(hào)振幅門(mén)限值，提取高于門(mén)限值的電弧聲波信號(hào)時(shí)域波形，得到電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形；

（6）利用小波分析方法對(duì)電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形進(jìn)行消噪；

（7）利用小波包分析方法提取電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形中的低頻成分，并繪制出電弧聲波信號(hào)低頻成分特征波形圖；

（8）將電弧聲波信號(hào)低頻成分特征波形帶入電弧弧長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出加工過(guò)程中的電弧弧長(zhǎng)變化時(shí)域波形；

（9）由電弧弧長(zhǎng)變化時(shí)域波形得出加工過(guò)程中任意加工時(shí)刻電弧弧長(zhǎng)值。

所述電弧弧長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型的獲得方法如下：

（1）安裝基板，并可靠水平固定，將電弧焊槍夾持于三維數(shù)控工作平臺(tái)的行走機(jī)構(gòu)，調(diào)整電弧焊槍方向，使其與基板平面垂直；

（2）沿x方向設(shè)定任一速度和行程，使電弧在燃燒過(guò)程中勻速行走，并同時(shí)使電弧弧長(zhǎng)沿z方向連續(xù)改變；

（3）實(shí)時(shí)采集電弧弧長(zhǎng)變化過(guò)程中的電弧聲波信號(hào)，繪制出電弧聲波信號(hào)時(shí)域波形；

（4）x方向行程結(jié)束，停止電弧工作和電弧聲波信號(hào)采集；

（5）設(shè)定電弧聲波信號(hào)振幅門(mén)限值，提取高于門(mén)限值的電弧聲波信號(hào)時(shí)域波形，得到電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形；

（6）利用小波分析方法對(duì)電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形進(jìn)行消噪；

（7）利用小波包分析方法提取電弧弧長(zhǎng)變化過(guò)程中電弧聲波信號(hào)時(shí)域特征波形中的低頻成分，從而繪制出電弧聲波信號(hào)低頻成分時(shí)域特征波形圖；

（8）利用電弧行走在x方向的行程和z方向的弧長(zhǎng)變化形成的三角函數(shù)關(guān)系進(jìn)行換算，得出電弧弧長(zhǎng)-電弧聲波振幅關(guān)系曲線圖；

（9）對(duì)電弧弧長(zhǎng)-電弧聲波振幅關(guān)系曲線進(jìn)行曲線擬合，得到電弧弧長(zhǎng)與電弧聲波信號(hào)之間的關(guān)系模型，即電弧弧長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型。

本方法中，所述電弧聲波信號(hào)振幅門(mén)限值需不小于電弧聲波信號(hào)平均振幅的1/3。