[發明專利]一種等離子轉移弧堆焊控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 202011432556.X
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112605509B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳華斌;孫嘉;王秀瑾;范雪飛;樊重建;劉傳亮;劉網扣;王維
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K37/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發明涉及一種等離子轉移弧堆焊控制系統及控制方法，控制系統包括工控機、等離子粉末堆焊機、數據采集裝置和視覺傳感器單元；控制方法包括以下步驟：數據采集裝置采集電流和電壓并傳輸至工控機，視覺傳感器單元采集熱影響區高溫散斑圖像并傳輸至工控機；基于數字圖像相關法得到散斑圖像的ROI區域的平均應變；通過PID控制方式，調節焊接電流。與現有技術相比，本發明通過工控機在線控制焊接過程，避免直接在等離子粉末堆焊機上進行操作，自動化程度高，減少了在實際作業環境內的走動，提高了安全性和便捷性；基于數字圖像相關法計算熱影響區的平均應變，能實現應變數據的實時和精確測量，為后續焊接過程中焊接電流的精確調控奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及機器人焊接技術領域，尤其是涉及一種等離子轉移弧堆焊控制系統及控制方法。

背景技術

等離子轉移弧堆焊是一種效果顯著地表面改性技術，常用于金屬工件的修復再制造和表面強化等。等離子轉移弧堆焊是以等離子弧作為熱源，應用等離子弧產生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固，等離子束離開后自激冷卻，形成一層高性能的合金層，從而實現零件表面的強化與硬化的堆焊工藝。與傳統的氬弧焊、埋弧焊和電渣焊等熔焊技術相比，等離子轉移弧堆焊具有電弧溫度高、穩定性好、傳熱率高、形成的堆焊層與構件基體結合強度高、堆焊層均勻致密、熱影響區小、稀釋率低等優點。

然而，等離子弧粉末堆焊工藝涉及參數較多，傳統的焊接設備不能實現在線調控工藝參數，自動化程度低，使用效果差，無法進行焊接過程中的信息采集，更沒有辦法根據焊接過程中的焊接工藝參數進行等離子轉移弧堆焊的反饋控制。

此外，在等離子堆焊過程中，為保證焊接質量，需要根據堆焊過程中焊接熱影響區的應變數據來調節焊接電流。傳統的應變測量方法一般采用耐高溫的應變計、位移傳感器等，還有利用鉆孔技術、X射線技術以及中子衍射技術等測量殘余應力或應變。但是，這些方法無法實時得到堆焊過程中焊接熱影響區中ROI(Region Of Interest)的平均應變，或結果不夠精準，不能滿足需求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種等離子轉移弧堆焊控制系統及控制方法，通過工控機在線調控等離子粉末堆焊機的焊接過程，避免直接在等離子粉末堆焊機上進行操作，自動化程度高，減少了在實際作業環境內的走動，提高了焊接過程的安全性和便捷性；根據兩個工業相機采集的熱影響區高溫散斑圖像，基于數字圖像相關法計算得到熱影響區的平均應變，能實現堆焊過程中焊接熱影響區的應變數據的實時測量，應變數據更加精確。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種等離子轉移弧堆焊控制系統，包括工控機和等離子粉末堆焊機，還包括數據采集裝置和視覺傳感器單元；

所述數據采集裝置與等離子粉末堆焊機和工控機連接，用于采集焊接過程中的電流數據和電壓數據并將采集到的數據傳輸至工控機；

所述視覺傳感器單元與工控機連接，用于采集圖像并將采集到的圖像傳輸至工控機，包括工業相機和激光光源，所述工業相機的數量為2個；

所述工控機分別與等離子粉末堆焊機、數據采集裝置和視覺傳感器單元連接，用于接收焊接過程中的焊接參數和控制等離子粉末堆焊機運行，所述焊接參數包括電流數據、電壓數據和圖像。

進一步的，所述等離子粉末堆焊機包括焊槍系統、送粉系統、制冷系統和焊接電源，所述焊槍系統、送粉系統和制冷系統與工控機通信連接。

進一步的，所述數據采集裝置包括數據采集卡，所述數據采集卡將采集到的電流數據和電壓數據進行AD轉換并傳輸至工控機。

更進一步的，所述等離子轉移弧堆焊控制系統還包括工業機器人，所述工業機器人與工控機通信連接，所述等離子粉末堆焊機的焊槍系統固定在工業機器人上并隨工業機器人的移動而移動。