CN102079001B - 基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法 - Google Patents
基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于大步距标定和局部Newton插值的焊接参数调节方法,步骤包括:将若干焊接效果好的标定工作点参数,通过Newton插值自动生成区间内的其它工作点的参数,从而达到“连续调节”的效果,弥补了数字化弧焊电源离散化分段调节的缺陷;针对不同的参数生成方式,提出不同属性优先级的焊接参数存储模式,使焊接参数实现最优化。本发明实现了多种焊接工艺,包括CO2焊、P-GMAW焊等参数的自动生成,采用所生成的参数进行焊接,其过程稳定,焊缝成形良好;利用该方法可实现焊接参数覆盖,实现数字化焊机的自学习功能,使得焊接参数“越用越好用”,满足人们对于数字化焊机“智能化”的要求。
Description
技术领域
本发明属于高端焊接技术领域,特别涉及到一种基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法。
背景技术
数字化焊机具有参数一元化、多功能集成、工艺控制灵活,控制精度高和人性化操作界面等优点。在普通数字化焊机数据库中,为了实现输出控制的精细调节,数据库中需要存储大量的焊接参数。这样一方面要对数以千计的焊接参数进行逐一试验,工作量巨大;另一方面,如此庞大而精确的静态数据库,必然存在着严重的“全局风险”;即同一型号的数字化焊机,由于每台焊机元器件和其他参数与标定试验样机有一定的差异,如电路元件参数漂移,送丝电机或送丝导管摩擦系数差异等,会导致焊接参数与送丝速度不匹配,最终造成焊接数据库全局失效。当出现这类问题的时候,如果继续从专家数据系统中读取任何一组参数,都会出现送丝不匹配的现象,影响焊接稳定性。此外有些操作者喜欢偏硬的电弧和较长的干伸长,而有的则恰好相反。假设焊接专家数据库是根据前一种焊接工作者的习惯编写的,那么对于后者来说则不太习惯。对于某个特定的参数,也许可以通过微调送丝来改善,但是面对的几千组数据,需要大量的调试试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大步距标定和局部Newton插值的焊接参数调节方法,由若干焊接效果好的标定工作点参数,自动生成区间内的其它工作点的参数,从而达到“连续调节”的效果,弥补了数字化弧焊电源离散化分段调节的缺陷。
基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法,步骤包括:
A:确定焊接参数专家数据库的焊接参数的初始值,所述初始值选取为参数范围内的有限个均匀分布的参数点;
B:根据有限个均匀分布的参数点以局部Newton插值算法计算得到参数范围内的其它参数点;
C:将参数点存储至E2PROM中。
所述步骤A中包括:
A1:将焊接参数按产生属性分为三类:初始化类、实际保存类和自动生成类,初始化类是大步距标定的焊接参数;实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数;自动生成类是通过参数自调节算法生成的焊接参数;
A2:大步距标定完成后,已有焊接参数全都是初始化类,其他焊接参数存储为空,当调节至非标定参数时,对初始化类焊接参数采用局部Newton插值算法自动生成;如果此参数合适或者经微调后合适,将它保存为实际保存类焊接参数,如果不保存,则保留自动生成类焊接参数;当调节至标定参数时,如果此参数合适或者经微调后合适,可以将它保存为实际保存类焊接参数,并覆盖原来的初始化类焊接参数;
A2:后续使用中,当调节至未标定焊接参数点时,按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数,如果焊接参数合适或者经微调后合适,将它保存为实际保存类焊接参数;同时,当调节至已标定初始化类、实际保存类和自动生成类焊接参数点时,可以通过保存为新的实际保存类焊接参数,覆盖原来的属性;
A4:持续按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数,通过微调合理后保存为实际保存类焊接参数。
所述局部Newton插值算法为三点二次局部Newton插值算法。
所述焊接参数包括焊接工艺、焊丝丝径和焊接电流。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1. 本发明在国内首次提出一种基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法,与常规焊接专家数据库建立方法相比,所需试验数量大大减少,数字化焊机产品的开发周期和开发成本大大下降;
2.本发明专利采用大步距标定和局部Newton插值的参数自调节算法生成的焊接参数可以实现CO2焊和P-GMAW焊等焊接工艺,该算法的具有普适性,可以满足多种焊接工艺的大容量专家数据库的需求。试验证明采用生成的新参数进行焊接,焊缝成形良好。
3. 本发明采用不同的参数生成方式,提出了不同属性优先级的焊接参数存储模式,可以使焊接参数实现最优化。
4.本发明利用大步距标定和局部Newton插值的参数自调节算法,可实现焊接参数覆盖;实现数字化焊机的自学习功能,使得焊接参数 “越用越好用”,满足人们对于数字化焊机“智能化”的要求。
附图说明
图1是本发明的基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法的一个实施例的调节原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明做进一步的详细说明,但是本发明的实施方法和要求保护的范围并不局限于此。
1.大步距标定原理:大步距标定的目标是确定专家数据库的方向和骨架,为智能焊机确定参数的初始值,细化的专家数据是通过自调节产生的。大步距标定,是指数字化焊机数据库在初始化时,改变其精细标定的策略,只对若干典型参数进行标定。如以1.2mm碳钢焊丝的P-GMAW焊为例,假设焊接电流调节范围为80A到350A,那么可以设定步距为20A,也就是说对80A到350A每隔20A的电流所对应焊接参数进行标定。
2.局部Newton插值算法:参数自调节算法描述中提到的局部Newton插值算法,是参数自调节的基础核心问题。Newton插值中引入了均差的概念,它是一种自适应算法,同时也便于估算误差。为了避免高次插值多项的龙格(Runge)振荡现象,通常采用分段局部低阶插值方法,如局部线性插值、局部二次插值、三次插值等。在本发明的智能焊机参数自动生成中,需要在插值有效性和生成速度间权衡考虑。本发明采用三点二次局部Newton插值,可以获得较高的参数有效度,同时在处理器上计算的速度非常迅速。
3. 一元化插值参数的存储。为了保证存储参数掉电不丢失,本设计将焊接参数全部保存在E2PROM中。根据不同的焊接工艺、不同的丝径和不同的焊接电流输出,将一元化参数进行相应的地址映射。在本发明焊接参数的调节过程中,不能像模拟式焊机那样连续调节,但是可以通过阶梯的精确划分,使参数调节尽量精确。
如图1所示为本发明的一具体实施例的大步距标定原理图。大步距标定的目标是确定专家数据库的方向和骨架,为智能焊机确定参数的初始值,细化的专家数据是通过自调节产生的。下面介绍本方法的实现过程:
(1)将全部的焊接参数按产生属性分为三类:初始化类(0类)、实际保存类(1类)、自动生成类(2类)。初始化类就是大步距标定的参数;实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数;自动生成类是通过参数自调节算法生成的参数。
(2)大步距标定完成后,已有参数全都是0类参数,其他参数存储为空。当调节至非标定参数(如155A)时,对0类参数采用局部Newton插值算法自动生成,如果此参数合适或者经微调后合适,可以将它保存为1类参数,如果不保存,则保留2类参数属性。当调节至标定参数(如120A)时,如果此参数合适或者经微调后合适,可以将它保存为1类参数,并覆盖原来的0类参数。
(3)后续使用中,当调节至未标定参数点时,按照“1类→0类→2类”的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成2类参数,如果参数合适或者经微调后合适,可将它保存为1类参数。同时,当调节至已标定1类、0类、2类参数点时,可以通过保存为新的1类参数,覆盖原来的属性。
(4)持续按照“1类→0类→2类”的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成2类参数,通过微调合理后保存为1类参数,使专家数据库保持动态最佳状态。
本发明中局部Newton插值算法是基础核心问题。Newton插值中引入了均差的概念,它是一种自适应算法,同时也便于估算误差。为了避免高次插值多项的龙格(Runge)振荡现象,通常采用分段局部低阶插值方法,如局部线性插值、局部二次插值、三次插值等。在本发明的智能焊机参数自动生成中,需要在插值有效性和生成速度间权衡考虑。本发明采用三点二次局部Newton插值,可以获得较高的参数有效度,同时在微理器上计算的速度非常迅速。
在软件编程中,Newton插值算法通过迭代实现,假设已经知道, ,… n个点的值,要求某对应的值,可用图1所示的流程图来描述。在本发明的应用中,采用三点二次插值。值得注意的问题是,在局部插值过程中插值参考点的选择。根据焊接参数的相关性,在选择局部插值参考点的时候采用就近原则和优选原则。
(1)就近原则。对于某插值点x,选择的局部插值参考点应该是能搜索到的离它最近的有效点,因为这些点和x的相关性最强。
(2)优选原则。选择的局部插值参考点优先考虑1类属性参数,如果没有1类属性的参数点则选择0类参数,最后考虑2类参数。因为1类参数包含的有效信息最多,2类参数是自动生成的,包含的有效信息是未经确认的,如果再用它来作参考点,会将这种未经确认的信息繁衍下去,降低插值点的有效性。
Claims (3)
1.基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法,其特征在于:步骤包括:
A:确定焊接参数专家数据库的焊接参数的初始值,所述初始值选取为参数范围内的有限个均匀分布的参数点;
B:根据有限个均匀分布的参数点以局部Newton插值算法计算得到参数范围内的其它参数点;
C:将参数点存储至E2PROM中;
所述步骤A中包括:
A1:将焊接参数按产生属性分为三类:初始化类、实际保存类和自动生成类,初始化类是大步距标定的焊接参数;实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数;自动生成类是通过参数自调节算法生成的焊接参数;
A2:大步距标定完成后,已有焊接参数全都是初始化类,其他焊接参数存储为空,当调节至非标定参数时,对初始化类焊接参数采用局部Newton插值算法自动生成;如果此参数合适或者经微调后合适,将它保存为实际保存类焊接参数,如果不保存,则保留自动生成类焊接参数;当调节至标定参数时,如果此参数合适或者经微调后合适,可以将它保存为实际保存类焊接参数,并覆盖原来的初始化类焊接参数;
A3:后续使用中,当调节至未标定焊接参数点时,按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数,如果焊接参数合适或者经微调后合适,将它保存为实际保存类焊接参数;同时,当调节至已标定初始化类、实际保存类和自动生成类焊接参数点时,可以通过保存为新的实际保存类焊接参数,覆盖原来的属性;
A4:持续按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点,采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数,通过微调合理后保存为实际保存类焊接参数。
2.根据权利要求1所述的基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法,其特征在于:所述局部Newton插值算法为三点二次局部Newton插值算法。
3.根据权利要求1所述的基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法,其特征在于:所述焊接参数包括焊接工艺、焊丝丝径和焊接电流。
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