一种摆动电弧mag焊熔池表面形貌的实时检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接自动检测技术领域，具体设及一种摆动电弧MAG焊烙池表面形貌 的实时检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 焊接传感技术是焊接过程控制的重要部分和关键环节，而烙池信息是焊接传感过 程的重要环节。焊接烙池的观测，对实现焊接过程的信息的掌握，具有重要意义。当前国内 外对焊接烙池形貌的研究多集中在电弧较稳定的TIG焊，而活性气体保护焊（MG焊）因为 飞瓣、烟尘较多研究进展缓慢。而对于摆动MG焊烙池的观测方法，受电弧摆动等诸多因素 干扰，几乎没有理想的观测方法。但摆动电弧MAG焊具有良好的应用市场，对其烙池研究极 富价值。基于此，本发明设计了摆动电弧焊接烙池的观测方法及装置。
[0003] 激光因其能量集中、穿透力强，不易受焊接弧光干扰，是一种很好的烙池形貌检测 辅助光源。而TIG焊具有电弧稳定，飞瓣少的特点。将二者优势相结合，再控制好拍摄的时 间点，避开弧光在烙池中屯、情况，可有效观测到摆动电弧MAG焊接的烙池信息。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于减少焊接自身干扰，获得较清晰的摆动焊接烙池的实时表面形 貌；W及根据烙池信息，优化焊接工艺参数，实现对焊接烙池的控制。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种摆动电弧MAG焊烙池表面形貌的检测方法及 装置，其装置示意图如图1所示。主要包括双枪摆动定位器、激光投射系统、成像系统、烙 池检测控制系统，图像信息处理器W及烙池控制系统。其中双枪摆动定位器用于MAG焊和 TIG焊枪的同步摆动控制，W及定位电弧摆动位置，W便对烙池检测控制及焊缝偏差信息识 另IJ;激光投射系统用于投射几何激光条纹，成像系统用于采集变形的激光条纹图像，二者安 装在焊枪前后合适位置，可随焊接小车移动，保证检测的实时性；烙池检测控制系统一方面 控制激光投射系统随焊接开关启停，另一方面控制成像系统采集图像的频率及时间点；烙 池控制系统用于反馈调节控制，改善烙池。其方法特征为：在MAG焊枪旁安置TIG焊枪，二 者同摆动，形成稳定的禪合电弧，减少了飞瓣，为检测提供良好的弧光环境。在焊接过程中， 当双枪电弧摆动至焊道最左边或最右边时（电弧对烙池的干扰最少，最有利于烙池图像的 获取)，双枪摆动定位器中电弧定位装置即给烙池检测控制系统发射脉冲，控制成像系统采 集图像，再通过图像信息处理器，对采集的图像进行滤波及傅立叶轮廓算术分析处理，获得 气保焊摆动烙池表面形貌图。
[0006] 本发明设计的双枪摆动定位器内部结构如图2所示。现有的摆动定位器多采用光 禪定位，存在定位延时的问题，而电弧的位置信号直接关系到采样的准确与否。故本发明提 出了新的设计方案：双枪摆动定位器内部偏屯、块一侧放置设计的满流判定器。由于偏屯、块 的摆动幅值是固定的，故先将偏屯、块与满流判定器探测前端最近和最远的距离设定好(对 应焊枪摆动的极左和极右位置)，并将运作为两个固定距离作为判定值，最近距离为Qi(焊枪 摆动至最左侧）和最远距离Q2 (焊枪摆动至最右侧)。在摆动器工作过程中，满流判定器利 用满流测距原理，实时测量其与偏屯、块的距离值，而当运个值达到Qi时即产生一个负脉冲， 达到〇2时即产生一个正脉冲，由此获得摆动电弧左右位置信号。本发明的双枪摆动定位器 利用满流测量精度高，反应灵敏，提高了摆动电弧定位精度及时效性。
[0007] 本发明设计的烙池检测控制系统，使检测更为自动化，实现了对烙池图像采集时 刻的控制，为烙池检测提供了新思路。其工作方式如图3所示，内部包含同步控制器、可编 程时间控制器和脉冲触发器。该系统通过同步控制器使得激光系统与焊接启停同步，且可 依据焊接速度设定采集烙池图像的频率，防止采集的烙池图像过密集或过稀疏，提高检测 效率。实现方式为：由可编程时间控制器设定脉冲触发器的开通时段及工作周期，只有在开 通时段内脉冲触发器才能接收来自双枪摆动定位器的定位信号，该周期依焊接速度而定， 开通时间长度为电弧左右摆动一次时间。而脉冲触发器在开通时段，一旦接收满流判定器 的产生的正脉冲（电弧在最右侧，最大限度避开弧光干扰)，即控制成像系统打开快Π，获得 变形的激光条纹图像。
[0008] 本发明的烙池控制系统，采用了无模型自适应控制结合模糊PID算法对烙池进行 反馈控制，图4为其控制方式框图。由于焊接过程很难建立准确的数学模型，大多数传统的 通过建模控制的系统灵活性和应变性差，根据无模型控制理论与方法，控制器的设计仅利 用受控系统的输入输出数据，控制系统不包括受控过程数学模型的任何信息的控制理论与 方法限制。该系统W采集的烙池烙宽和余高作为被控量，W焊接电流和送丝速度为控制 量的MAG控制过程多输入多输出建立无模型自适应控制器，由多输入多输出无模型自适应 控制算法，可W获得某时刻应该施加到MAG焊过程的焊接峰值电流和送丝速度；并将模糊 PID算法，作为优化输出的方法引入到自适应控制器中，增强系统的鲁棒性，减少控制的延 时型。PID的输出进入专家系统，经过分析处理得到合适的控制量，最终烙池控制系统将数 字控制量通过数据采集卡中的D/A接口转换成模拟信号输出，调节MAG焊机的焊接参数，实 现对焊接烙池的控制。
[0009] 模糊PID控制器的输出可表示为：
式中：藝按、隆为量化因子;晦为积分因子;隆为比例因子。
[0010] 本发明的有益效果是：提出了一种基于条纹激光成像外加TIG焊电弧旁路禪合的 摆动MAG焊烙池观测方法，设计了具有电弧定位功能的双枪摆动定位器。该方法可有效减 少MAG焊过程中的弧光不稳定，飞瓣W及烟尘的干扰。设计的烙池检测控制系统，可设置合 理的烙池图像采集频率，并且通过双枪摆动定位器中电弧的定位信号，图像采集避开了电 弧在烙池中屯、的情况，提高了烙池图像的采集质量。同时更合理的设计了激光投射系统和 成像系统的位置，使之可随焊接小车移动，极大的方便了对烙池表面形貌的实时地检测。根 据烙池形貌，烙池控制系统可优化焊接工艺参数，控制烙池状态，改善焊缝成型。