CN102935548A

CN102935548A - 一种三偏心蝶阀等离子喷焊跟踪信号采集方法

Info

Publication number: CN102935548A
Application number: CN2012103966166A
Authority: CN
Inventors: 焦雷; 李惠; 徐东; 陈克选; 李春旭; 王研
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Yangzhou (Jiangdu) New Energy Automobile Industry Research Institute of Jiangsu University
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN102935548B

Abstract

本发明提供一种三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪信号采集方法，解决了现有技术存在的跟踪信号采集误差大，程序繁琐，死板不灵活，易受等离子喷焊干扰等问题。基本内容与步骤为：采用平行映射理论将跟踪目标蝶板中心基准面即三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝中心线平行映射到仿形跟踪板上，将光电位置传感器放置于垂直等离子喷枪与焊缝中心线且距离密封面H*tanα的特定位置上，然后通过光电位置传感器，对仿形映射跟踪板上等离子喷焊熔池平行映射点的位移量进行实时信号采集与传输，进而实现三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪。其特征与技术进步表现在：从理论上实现真正的零误差跟踪采集，避免了等离子喷焊熔池高温高辐射焊渣飞溅等相关扰动，操作灵活稳定可靠，实现了三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝高质量跟踪信号采集。

Description

一种三偏心蝶阀等离子喷焊跟踪信号采集方法

技术领域

本发明属于等离子喷焊跟踪技术领域，特别涉及三偏心蝶阀等离子喷焊跟踪技术领域，具体是指一种三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪位移信号采集方法。

背景技术

三偏心蝶阀是近些年出现的一种新型阀门，它的密封副通常采用锥面型，即圆锥斜切型三偏心蝶阀。其结构设计如图1，其蝶板为圆锥斜切而得,圆锥半角为α;三个偏心分别为：第1个偏心1：阀杆中心4偏离密封面中心线5；第2个偏心2：阀杆中心4偏离管道中心线；第3个偏心3：蝶板锥面轴线6与管道轴成一个角度γ。三偏心结构蝶阀在双偏心蝶阀的基础上再增加一个倾角，经过优化设计，使密封副的摩擦力进一步下降，实现了零摩擦启闭。由于其采用三偏心独特的结构设计，使接触应力分布均匀，密封可靠，实现了零泄漏，在石油、燃气、化工、冶金、船舶、水利及锅炉管道系统中得到广泛的应用。

然而，由于三偏心蝶阀具有的特殊几何特性，即三偏心蝶阀蝶板密封面属于椭圆斜圆锥形面，这使得三偏心蝶阀密封面的表面处理很难实现全自动等离子喷焊，严重阻碍了三偏心蝶阀生产效率的提高，因此，亟待解决全自动三偏心蝶阀等离子喷焊的跟踪问题。然而，在三偏心蝶阀等离子喷焊过程中，等离子焊接熔池高温高辐射及焊渣飞溅等因素，使得跟踪系统无法对熔池位移量进行采集，这也是一直无法较好实现等离子喷焊跟踪的最核心问题。如何准确及时的采集等离子喷焊熔池位移信号，是实现等离子喷枪自动跟踪三偏心蝶阀密封面的最关键技术，喷焊系统的跟踪信号采集方式是否合理直接关系到等离子喷枪的跟踪精度，进而影响到最终等离子喷焊三偏心蝶阀的产品质量。传统的信号采集跟踪方法有：

一、采集标准蝶阀轨迹，在理想的非焊状态下，对标准三偏心蝶阀运行轨迹进行跟踪采集。测出等离子喷枪随蝶阀转动而行走的轨迹，即偏移量ΔS=f(t)的函数曲线，将该理想轨迹输入程序存储器中。在实际等离子喷焊过程中，喷枪严格按照程序中存储的轨迹进行移动，从而达到跟踪阀板密封面的目的。该方法优点：在喷焊过程中不使用传感器，避开了等离子喷焊对传感器干扰的难题；并且该法简单易行，只需将理想轨迹测出，并将其输入到存储器中，在每次喷焊过程中焊枪按固定轨迹行走即可。但该方法存在许多缺点：

1 ) 程序繁琐，操作不便；蝶阀尺寸多种，每一种型号的蝶阀对应一种轨迹，进而对应多套轨迹法跟踪程序；使得操作者在实际使用中经常更换程序芯片；

2 ) 要求每次从蝶阀固定起点进行喷焊，即确保被喷焊蝶阀的起始点与程序中的理想轨迹起始点吻合；然而实际中较难从任意蝶阀上找出固定轨迹起点；

3 ) 该法固定变位机转速，即固定喷焊速度。即要求变位机转动速度与焊枪移动轨迹严格匹配。如此将很大限制等离子喷焊工艺试验调试。而且此方案对变位机转胎性能要求极高，每次转动周期应一致；

4 ) 死板不灵活。每次必须严格按照固定的蝶阀尺寸、喷焊起点、喷焊速度、转胎转速等进行；如果中途出现掉电、无粉、塞枪等故障或需改变工艺参数等该法将无法处理；

5 ) 实际上根本没有两个完全相同的蝶阀，因此无法获得所谓的理想标准轨迹，理论上即存在一定误差。

二、示教采集法：每焊任一工件前，将位移传感器放置在喷枪正下端，然后变位机按照一定转速预转一圈（任意起点），此时传感器将采集到的阀板偏移量数据传入存储器并记录此蝶阀轨迹。然后在正式喷焊过程中，使用该示教轨迹进行跟踪；即每次先得到偏移量ΔS=f(t)位移时间函数曲线后，然后再找出t₀起点进行喷焊。此法相对前面轨迹法跟踪多进行了一步示教环节，这样避开轨迹法存在的一些缺点，如固定起点，固定多套跟踪轨迹程序等；但该方法还是无法脱离轨迹法固有不灵活的缺点，而且要求喷焊速度与变位机转胎转速严格匹配；尤其是一旦喷焊中途出现故障，无法临时停机处理，并且无法记录停止点和再次喷焊起点等。此外，示教法多增加一示教环节，延长生产周期，并且数据采集在保证轨迹精度情况下，对程序存储器的空间和跟踪程序的编写都有很高的要求。因此，从经济和实用角度考虑这一方法很不理想。

三、蝶板侧端面直接采集法：将光电传感器直接放置于三偏心蝶阀蝶板侧端面，等离子喷枪的正下方，实时采集蝶板外端面偏移量，进后将偏移量信号送入PLC，经PLC处理器计算处理后，发送方向与步数脉冲到步进电机驱动器，最后步进电机带动喷枪进行移动达到跟踪目的。此方法实时测量，实时跟踪，准确灵活；并且不限制喷焊起点、转胎转速、不牵扯到焊速匹配问题。可随时任意起停，随意调节等离子喷焊工艺参数，有利于提高喷焊层质量。但该方法缺点非常明显：

1 ) 传感器放置的位置距离喷焊熔池太近，熔池温度高达2000℃左右，且焊渣粉末飞溅等严重损伤传感器；

2 ) 由于熔池高温高辐射及等离子弧光等严重干扰光电传感器采集数据精度，采集数据波动非常大，有时甚至导致跟踪方向错误；

3 ) 此法跟踪的目标面只是蝶板侧端面（图1中7所示），而非蝶板密封面中心（图1中5所示）即焊缝中心线，因此该法理论上直接就存在2-3mm的偏差，而这误差在宽度仅为8-10mm焊缝上出现是绝不允许的。

发明内容

本项发明采用平行映射信号采集法解决了上述三偏心蝶阀喷焊跟踪信号采集技术问题，克服上述方法存在的跟踪误差大，程序繁琐，死板不灵活，操作不便等问题，提供一种抗干扰强，精度准确，操作简单，适应广泛的三偏心蝶阀等离子喷焊跟踪信号采集方法。

该方法首先将三偏心蝶阀、变位机转盘、卡具（定位止口盘）、等离子焊枪等装置按照图3示意进行装卡，即变位机转盘中心和三偏心蝶阀圆锥体轴线重合，三偏心蝶阀蝶阀以此线为轴进行旋转，保证等离子焊枪下蝶阀的密封面（喷焊面）成水平。然后，采用空间几何平行映射理论，将跟踪目标三偏心蝶板中心基准面即等离子喷焊焊缝中心线按照空间几何原理平行映射到仿形跟踪板上，将光电位置传感器放置于垂直等离子喷枪与焊缝中心线且距离密封面H*tanα的特定位置上，其中H是指仿形跟踪板与碟版中心面之间的距离，α是指圆锥蝶阀半角，然后通过光电传感器，对映射仿形跟踪板上等离子喷焊熔池平行映射点的位移量信号进行实时采集与传输，进而将采集的位移偏移量信号送入PLC处理器，经PLC处理器计算处理后，发送方向与步数脉冲信号到步进电机驱动器，最后步进电机带动喷枪进行相同距离移动达到焊缝的实时采集跟踪。

本方法是将三偏心蝶阀跟踪目标轨迹线延变位机转盘旋转中心线（圆锥的轴线）即与水平线成α弧度平行映射至仿形跟踪板平面上，利用空间几何平形映射理论实现了零误差（加工、定位等误差忽略）的跟踪信号采集。以圆锥顶角2α=18^o的三偏心蝶阀为例，其原理如图2所示。

附图说明

图1是三偏心蝶阀结构示意图。

图2是映射仿形采集信号跟踪原理图。

图3是三偏心蝶阀装卡示意图。

图中：1－第1个偏心，2－第2个偏心，3－第3个偏心，4－阀杆中心，5－密封面中心线，6－蝶板锥面轴线，7－蝶板侧端面，8－变位机转盘，9－卡具（定位止口盘），10－焊接操纵架，11－焊枪（等离子喷枪），12－三偏心碟阀，13－光电传感器，仿形映射跟踪板。

具体实施方式

1、以α=9^o，直径1500mm的三偏心蝶阀为例，首先将三偏心蝶阀12、变位机转盘8、卡具（定位止口盘）9、等离子喷枪11等装置按照图3示意要求进行装卡：将变位机转盘8调整到与水平地面成（π/2-α/2=81^o）位置，然后使用定位止口盘8、螺栓等卡具，将三偏心蝶阀12与变位机转盘8固定，同时，通过调整卡具在变位机转盘8上的位置进而实现三偏心蝶阀的精准定位：即变位机转盘中心线和三偏心蝶阀圆锥轴线重合，蝶阀以此线为轴进行旋转，便保证蝶阀的密封面（喷焊面）成水平，方便于后续等离子喷焊。

2、如图3安装定位后，通过焊接操纵架10将等离子喷枪11位置调整于三偏心蝶阀密封面中心线垂直正上方，高度15mm；

3、将映射仿形跟踪板14平行置于三偏心蝶阀12蝶板侧端面处，垂直平行距离H=30mm如图2所示，然后把光电传感器13放置于映射仿形跟踪板14右侧正上方，平行于三偏心蝶阀密封面固定，高度h为H*tanα=4.7mm；

4、依次开启所有装置电源，蝶阀转动，位移传感器实时检测映射仿形板蝶板横向偏移量，进而将偏移量信号送入PLC处理器，经单片处理器机计算处理后，发送方向与步数脉冲到步进电机驱动器，最后步进电机带动喷枪进行移动达到跟踪目的。

此方法实时测量，实时跟踪，准确灵活；并且不限制喷焊起点、转胎转速、不牵扯到焊速匹配问题。可随时任意调节等离子喷焊工艺参数，有利于提高喷焊层质量。该方法既保留了实时跟踪方案的优点，又克服了由于传感器安放位置产生的缺点。

综上，本发明的仿形法实时跟踪采集方案彻底排除了轨迹法、示教法、直接跟踪等方案存在的缺点，并且的从理论上分析不存在任何跟踪误差，工作稳定可靠，实现三偏心蝶阀等离子喷焊焊道的实时跟踪采集，较好的解决了全自动跟踪三偏心蝶阀等离子喷焊系统的信号采集技术难题。

在此说明书中，本发明一参照其特定的实施例子作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1. 一种三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪信号采集方法：其特征在于，首先将三偏心蝶阀、变位机转盘、卡具、等离子焊枪进行装卡，使变位机转盘中心和三偏心蝶阀圆锥体轴线重合，三偏心蝶阀蝶阀以此线为轴进行旋转，保证等离子焊枪下蝶阀的密封面成水平；然后将跟踪目标蝶板中线基准面即三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝中心线平行映射到仿形跟踪目标板上，将光电位置传感器放置于垂直等离子喷枪与焊缝中心线且距离密封面H*tanα的特定位置上，然后通过光电传感器，对仿形映射跟踪目标板上等离子焊接熔池平行映射点的位移量信号行实时采集；其中H是指仿形跟踪板与碟版中心面之间的距离，α是指圆锥蝶阀半角。

2.根据权利要求1所述三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪信号采集方法，其特征在于，将光电位置传感器置于垂直等离子喷枪，垂直焊缝中心线，平行于地面且始终与三偏心蝶阀锥体轴线成α角度的位置。

3.根据权利要求1所述三偏心蝶阀等离子喷焊焊缝跟踪信号采集方法，其特征在于，光电传感器对映射仿形跟踪板上等离子喷焊熔池平行映射点的位移量信号进行实时采集与传输，将采集的位移偏移量信号送入PLC处理器，经PLC处理器计算处理后，发送方向与步数脉冲信号到步进电机驱动器，最后步进电机带动喷枪进行相同距离移动达到焊缝的实时采集跟踪。