CN101224520B - 磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法。它主要是解决现有的控制系统结构和运算复杂、成本高，性能不稳定，适用范围窄等技术问题。其技术方案要点是：它包括由焊枪和焊接电源组成的焊接系统以及跟踪控制系统，焊枪安装在跟踪控制系统的执行机构上，跟踪控制系统包括磁控电弧传感器、信号采集器、中心处理器、执行机构，磁控电弧传感器将扫描的焊缝信息，经信号采集器和中心处理器采集和处理后，控制执行机构自动跟踪焊缝，由执行机构驱动焊枪完成自动化焊接。由于磁控电弧传感器可以精确控制电弧，并且采用了稳定性高的TIG焊电弧，因而它具有适用范围宽、跟踪精度高、运行稳定可靠和实用性强等特点，它可广泛应用于各种自动跟踪焊接装置上。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接控制方法，特别是一种用于自动焊的控制方法。
背景技术
焊接过程自动控制系统所要解决的主要问题是焊缝自动跟踪。目前通常采用的焊缝跟踪传感器是机械式电弧传感器和激光式传感器，采用机械式电弧传感器的焊缝跟踪控制系统中，利用电弧自身作为传感器，实时性强，焊枪运动的灵活性和可达性好，制造成本低，但控制精度不太高，体积大，噪声大，易磨损。采用激光式传感器虽然控制精度比较高，但它的成本高，适用范围窄。此前对电磁控制电弧摆动的研究，主要集中在改善焊缝成形方面，它是以非接触方式作用于焊接电弧，具有附加装置简单，控制精度高，适用范围广等优点。但磁控电弧传感器用于焊缝跟踪领域目前尚未发现别人开展过这方面的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置简单、成本较低、灵敏度和精确度高、可靠性好、适用范围广的磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括由焊枪和焊接电源组成的焊接系统以及跟踪控制系统，焊枪安装在跟踪控制系统的执行机构上，跟踪控制系统包括磁控电弧传感器、信号采集器、中心处理器、执行机构，磁控电弧传感器将扫描的焊缝信息，经信号采集器和中心处理器采集和处理后，控制执行机构自动跟踪焊缝，由执行机构驱动焊枪完成自动化焊接。
本发明中磁控电弧传感器与焊枪相对独立，前置于焊枪。所述磁控电弧传感器包括磁场发生装置、激磁电源、TIG焊电弧，磁场发生装置在激磁电源的作用下产生磁场，使TIG焊电弧在其作用下水平旋转、或垂直于焊缝方向摆动、或两者结合运动以扫描焊缝信息。所述磁场发生装置产生的磁场可以是具有定位信号的旋转磁场或者是具有定位信号的交变横向磁场。所述TIG焊电弧的电流可采用稳定的焊接电弧替代。所述磁控电弧传感器的励磁线圈1两侧对称安装一对磁极3，在对称安装的一对磁极3之间安装钨极2。
本发明的有益效果是：它通过利用磁控TIG焊电弧扫描焊缝的一种焊缝自动跟踪控制方法，由于把焊接系统和跟踪控制系统独立开来，并且利用了电磁控制电弧的精确性以及TIG焊电弧的稳定性，大大提高了扫描焊缝的准确性，而且大大减少了焊接本身对传感器的影响。实际焊接工艺试验证明：系统跟踪精度高，运行稳定可靠，适用范围广，实用性强，它可广泛应用于各种自动跟踪焊接装置上。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的控制原理方框示意图。
图2是本发明的磁控电弧电传感器电路原理图。
图3是本发明的横向交变磁场作用下电弧摆动示意图。
图4是钨极与焊接体的位置对应关系示意图。
图5是本发明的磁控电弧扫描斜板时电弧长度变化曲线示意图。
图中：1-励磁线圈，2-钨极，3-磁极，4-焊接体。
具体实施方式
实施例1，本发明包括由焊枪和焊接电源组成的焊接系统和跟踪控制系统，将焊枪安装在跟踪控制系统的执行机构上，跟踪控制系统包括磁控电弧传感器、信号采集器、中心处理器、执行机构，磁控电弧传感器将扫描焊缝的信息，经信号采集器和中心处理器采集和处理后，控制执行机构自动跟踪焊缝，由执行机构驱动焊枪完成自动化焊接。焊接系统中的电源可以采用任何焊接电源，能实现各种焊接材料以及各种焊接规范下的焊接，对焊缝跟踪效果的影响很小。本发明的焊接系统和跟踪控制系统可以相对独立地工作，并将磁控电弧传感器前置于焊枪。参阅图1。
实施例2，所述磁控电弧传感器由磁场发生装置、激磁电源、TIG焊电弧等部分组成，所述磁场发生装置产生的磁场可以是具有定位信号的旋转磁场或者是具有定位信号的交变横向磁场，所述TIG焊电弧可以用其它稳定的焊接电弧代替。磁场发生装置在激磁电源的作用下产生磁场，控制TIG焊电弧在其作用下水平旋转、或垂直于焊缝方向摆动、或两者结合运动以扫描焊缝信息，信号采集器对电弧参数进行采样，中心处理器通过对焊接参数以及电弧定位信号的处理得出焊缝的各种信息，控制执行机构对焊缝进行跟踪。本发明通过利用电磁控制电弧具有精确性以及TIG焊电弧具有稳定性的原理，代替机械式电弧传感器焊缝跟踪控制系统，以及成本昂贵的激光式焊缝跟踪控制系统。
由磁控摆动电弧传感器的实现过程来介绍磁控电弧传感器的实现方法：由图2可以看到，由该电路把正弦波发生器输出的正弦波经过功率放大，得到一个交变的激励电源，驱动图3中所示的励磁线圈1，并使图3中的一对磁极3之间产生交变的横向磁场，TIG焊电弧在这个交变横向磁场作用下作垂直于焊缝方向且垂直于磁场方向的摆动，参阅图4。由图2可知，还从正弦波发生器输出的正弦波分离出了两个定位信号，直接接到中心处理器。由于激励电源的频率和幅值都可以分别调节，因而很容易控制TIG焊电弧的扫描范围，进而可以精确地扫描整个焊缝。
焊缝坡口状态主要表现在焊炬高度上的变化，即为电弧长度的变化。研究表明，电弧传感器静态数学模型为：H＝KI+b。其中，H为电弧长度，I为焊接电流，参数K，b受电源特性，焊接材料，送丝速度等的影响。这表明焊接电弧长度与焊接电流成一定的线性关系。根据焊接电流波形就可以判断焊缝坡口。TIG焊电弧摆动扫描焊缝时，得到的电弧长度变化曲线如图5所示。在图5中，叠加了由图2输出的定位信号，因此很容易得出每一焊缝位置的对应弧长。而焊缝中心所对应的弧长明显高于其他各处。中心处理器接受这些信息以后，经过软件处理就能得出电弧是否偏离了焊缝，从而调节执行机构实现焊缝的精确跟踪。参阅图1至图5，其余同实施例1。
Claims (4)
1.一种磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法，它包括由焊枪和焊接电源组成的焊接系统以及跟踪控制系统，其特征是：焊枪安装在跟踪控制系统的执行机构上，跟踪控制系统包括磁控电弧传感器、信号采集器、中心处理器、执行机构，所述磁控电弧传感器的励磁线圈(1)两侧对称安装一对磁极(3)，在对称安装的一对磁极(3)之间安装钨极(2)；磁控电弧传感器将扫描的焊缝信息，经信号采集器和中心处理器采集和处理后，控制执行机构自动跟踪焊缝，由执行机构驱动焊枪完成自动化焊接。
2.根据权利要求1所述的磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法，其特征是：磁控电弧传感器与焊枪相对独立，前置于焊枪。
3.根据权利要求1或2所述的磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法，其特征是：所述磁控电弧传感器包括磁场发生装置、激磁电源、TIG焊电弧，磁场发生装置在激磁电源的作用下产生磁场，使TIG焊电弧在其作用下水平旋转、或垂直于焊缝方向摆动、或两者结合运动以扫描焊缝信息。
4.根据权利要求3所述的磁控电弧传感器式焊缝自动跟踪控制方法，其特征是：所述磁场发生装置产生的磁场为具有定位信号的旋转磁场或者是具有定位信号的交变横向磁场。
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