CN114919184A - 一种pvc管道热熔对接机床控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动控制装置领域，具体涉及一种PVC管道热熔对接机床控制方法，该方法应用于智能制造装备产业的控制，即设置各管道热熔的熔融行程，根据对应管道的加热初始温度、加热结束温度、直径变化值以及加热压力，确定对应管道的热熔程度指标；基于热熔程度指标进行一一匹配，得到对接的两管道的匹配对；获取匹配对内两管道对应的熔融深度，进而计算匹配对的不稳定性；当不稳定性大于设定值，则调整两管道的熔融行程，重新计算匹配对的不稳定性，直至不稳定性小于设定值时，判定PVC管道热熔对接合格。即本发明的方案能够用于工业自动控制系统装置制造机床现场总线控制系统以及机床可编程控制系统并实现智能控制，提高焊接的精度。

Description

一种PVC管道热熔对接机床控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制装置领域，具体涉及一种PVC管道热熔对接机床控制方法。
背景技术
在电熔焊接领域，非金属管材的熔接最为广泛，非金属管材的熔接影响因素众多，这里指的是同口径同型号管材的熔接，需要首先以加热的方式将金属片加热到一定温度，熔接的方法是将同样直径的管口通过挤压和扩张来形成熔融面，然后在未冷却的状态下进行粘合，这样形成的连接一次成型，牢固耐用，但没有合适的标准来进行评价，所进行的检测方式主要以肉眼和经验来判断，无法在焊接的过程中发现问题进行自调节。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种PVC管道热熔对接机床控制方法，所采用的技术方案具体如下：
采集各管道热熔时热熔对接焊机的加热初始温度、加热结束温度、加热压力；其中管道热熔时采用压缩或扩张的加热方式，并获取对应管道的直径变化值；
设置各管道热熔的熔融行程，根据对应管道的加热初始温度、加热结束温度、直径变化值以及加热压力，确定对应管道的热熔程度指标；基于所述热熔程度指标，对压缩后的管道以及扩张后的管道进行一一匹配，得到对接的两管道的匹配对；
获取匹配对内两管道对应的熔融深度，基于所述匹配对内的两管道的加热结束温度、两熔融行程的最小值以及所述熔融深度，计算匹配对的不稳定性；
判断所述不稳定性与设定值的大小，当所述不稳定性大于设定值，则调整两管道的熔融行程，重新计算所述匹配对的不稳定性，直至所述不稳定性小于设定值时，判定PVC管道热熔对接合格。
优选地，当管道热熔时采用压缩的加热方式时，管道的热熔程度指标为
Figure RE-GDA0003741236900000011
其中，T1初为第一管道的加热初始温度，T1末为第一管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R0为第一管道的直径，F1为第一管道的加热压力，L1为第一管道的熔融行程；
当管道热熔时采用压缩的加热方式时，管道的热熔程度指标为
Figure RE-GDA0003741236900000021
其中，T2初为第二管道的加热初始温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R2为第二管道的扩张后的内径，R00为第二管道的直径，F2为第二管道的加热压力，L2为第二管道的熔融行程。
优选地，采用K-M最大分配算法进行匹配。
优选地，所述不稳定性为
Figure RE-GDA0003741236900000022
其中，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程。
优选地，还包括对保压冷却的冷却时间进行调整的步骤：
冷却时间为：
Figure RE-GDA0003741236900000023
其中，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径。
本发明的有益效果：
本发明的方案涉及自动控制装置领域，具体涉及一种PVC管道热熔对接机床控制方法，该方法应用于智能制造装备产业的控制，即设置各管道热熔的熔融行程，根据对应管道的加热初始温度、加热结束温度、直径变化值以及加热压力，确定对应管道的热熔程度指标；基于热熔程度指标进行一一匹配，得到对接的两管道的匹配对；获取匹配对内两管道对应的熔融深度，进而计算匹配对的不稳定性；当不稳定性大于设定值，则调整两管道的熔融行程，重新计算匹配对的不稳定性，直至不稳定性小于设定值时，判定PVC管道热熔对接合格。即本发明的方案能够用于工业自动控制系统装置制造机床现场总线控制系统以及机床可编程控制系统并实现智能控制，提高焊接的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的一种PVC管道热熔对接机床控制方法的方法示意图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的方案，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
具体地，请参阅图1所示，本发明提供的一种PVC管道热熔对接机床控制方法，包括以下步骤：
步骤1，采集各管道热熔时热熔对接焊机的加热初始温度、加热结束温度、加热压力；其中管道热熔时采用压缩或扩张的加热方式，并获取对应管道的直径变化值；
本实施例中的热熔对接焊机为现有设备，其工作原理，此处不再过多赘述。
其中，熔融焊接需要对管口分别进行扩张和压缩的加热方式，扩张是用高热的筒状烙铁插入管中，将管的内壁熔融，该过程增加了内径的大小。而压缩是通过圆筒状夹子一样的烙铁夹住管的外壁或者通过比管更大号筒状烙铁熔融管口的外侧。
因此，当管道热熔时采用扩张的加热方式时，其对于被扩张的管材，考虑其内径为R0，形变后的内径通过测量扩张模具的外部直径测得，记为R1，则对应管道的直径变化值为：R1-R0。当管道热熔时采用压缩的加热方式时，对于被压缩的管材，考虑其外径为R00，形变后的外径通过测量模具的内部直径来测得，记为R2，则对应管道的直径变化值为：R2-R00。
本实施例中在PVC管进行熔接加热的时候，需要将管口对准高热的模具，利用模具开合来包裹住管材进行加热。其中，加热的过程中，高热模具的温度是实时变化的，难以调控，记录下开始的温度T初，加热模具的温度会有一定程度的下降，记录下加热结束后的温度T末。
需要说明的是，每一对管材在对接时都需要进行两种模具的匹配加热塑形，因此，每对管材至少有2个初始温度和结束温度。同时，在加热的过程中，管材会通过机械控制推进向模具内运动，在运动的过程中在模具头端形成了卷边，由于模具是可以开合的，可以通过一个压力传感器来测量运动过程中模具受到的垂直于管材的压力F。
需要说明的是，压力反应的是一个对熔接形变的参数，一般来说压力越大，对熔接形变的影响越大。而压力在一对管材中的方向是不同的，对于被扩张的关口，模具受到的压力是垂直管材向内的，记为F1；对于被压缩口径的管材，模具受到的压力是垂直管材向外的，记为F2。
步骤2，设置各管道热熔的熔融行程，根据对应管道的加热初始温度、加热结束温度、直径变化值以及加热压力，确定对应管道的热熔程度指标；基于所述热熔程度指标，对压缩后的管道以及扩张后的管道进行一一匹配，得到对接的两管道的匹配对；
本实施例中的设置的各管道热熔的熔融行程是进行焊接时的设定的熔融行程，其可以根据实际情况设置的。
本实施例中，当管道热熔时采用扩张的加热方式时，管道的热熔程度指标为：
Figure RE-GDA0003741236900000041
其中，T1初为第一管道的加热初始温度，T1末为第一管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R0为第一管道的直径，F1为第一管道的加热压力，L1为第一管道的熔融行程；
当管道热熔时采用压缩的加热方式时，管道的热熔程度指标为：
Figure RE-GDA0003741236900000042
其中，T2初为第二管道的加热初始温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R2为第二管道的扩张后的内径，R00为第二管道的直径，F2为第二管道的加热压力，L2为第二管道的熔融行程，abs(·)函数为绝对值函数。
上述公式中，由于熔融程度与初始和结束的温度有关，温度代表着整体被熔融的效率，而温度的差值越大，则说明整个熔融状态越不稳定；压力的大小是对熔融形变的主因；通过形变量R形成了熔池的厚度，在不过大的情况下，厚度越大，熔接的越紧密越可靠。
基于上述手段得到了评价管口熔融程度的参数，U1作为被扩张的管口的熔融程度；U2作为被压缩的管口的熔融程度。通过标准化的方式将U1、U2的值域限制在[0，1]，标准化的方式可以为极差标准化；也可以通过减去其均值，并处以其方差的方式来标准化。
本实施例中，当进行大量同口径管材的熔融焊接时，使用热熔对接焊机可以熔融多个管口，但是由于熔融时的细微差别，扩张的管道和压缩的管道在进行焊接时，其需要进一步进行匹配，让能够匹配上的两管道能够更可靠的熔融焊接。
具体地，本实施例进行K-M算法做基于U的最大分配，得到最相似的多个匹配对。其中匹配方式是以两者余弦相似度SIM作为依据：
Figure RE-GDA0003741236900000051
由于U1、U2数量相等且两两对应，所以一定可以分出多组数据，而不产生孤立单位，‖.‖2为L2范数，表示的模长。
至此，得到了最佳的匹配对，其中的最佳的匹配对就是所要进行对接的两个管材，得到每对管材的匹配对。步骤3，获取匹配对内两管道对应的熔融深度，基于所述匹配对内的两管道的加热结束温度、两熔融行程的最小值以及所述熔融深度，计算匹配对的不稳定性；
本实施例中，为了进一步验证匹配对中两管道是否匹配，通过计算两管道的不稳定性来进行确定，即两管道的不稳定为：
Figure RE-GDA0003741236900000052
其中，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程，abs(·)函数为绝对值函数。
其中，
Figure RE-GDA0003741236900000053
指的是对接的两个管子在进行熔融时的差异程度。
上述实施例中评价了两者温度的差异程度，差异越大越不稳定；由于熔池的宽度一定，为管材半径，所以通过熔池长度与熔池深度相乘的方式来代表熔池的体积，这个数值越大，整体的稳定性越好，熔接出来的管道质量越好。即P代表不稳定程度的指数，在接下来的调整中应当控制P越小越好。
步骤4，判断所述不稳定性与设定值的大小，当所述不稳定性大于设定值，则调整两管道的熔融行程，重新计算所述匹配对的不稳定性，直至所述不稳定性小于设定值时，判定PVC 管道热熔对接合格。
为了实际生产需要，需要控制不稳定程度，设置设定阈值为P0,当P大于设定阈值时，通过继续加热熔融更长的管道来增加熔池行程，具体方法如下：
1)确定L1和L2中较小的一个；
2)然后逐渐延长较小的一端，重新计算不稳定性P，若P满足了标准就停止调整，若延长到两端同样长时仍不能满足不稳定程度标准，则开始同时延长L1和L2两端，直到P＜P0。
在以上的调整要注意，L1和L2实际上并不能无限延长，不仅受到实际器具规格的限制，且增加熔池成本过多，因此设置一个限制max(L1，L2)＜Lmax。
本发明，先对管口端口部分固定长度进行加热，熔融后再通过向更深处推进增加熔池的长度，等熔池长度达到标准后就取出烙铁模具，将匹配好的两端进行快速对接，自然冷却后即可，即进行了初步的加热熔融，还需要进一步往内推动，让高温的烙铁加热管壁的更深部位，这个过程会使熔融行程增加，也使得熔融部分的长度增加，下文以熔融行程来代表管子熔融部分的长度。
进一步地，本发明中还包括对保压冷却的冷却时间进行调整的步骤：
冷却时间为：
Figure RE-GDA0003741236900000061
其中，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径。
需要说明的是，在整体热熔的关系中，为了补偿塑料的收缩行为，保压冷却需要根据热熔的稳定性进行加压时间的延长；在冷却的过程中，由于熔池的流动性，需要对管件外部进行加压，在加压的过程中自然冷却；加压的最短时间t设置主要和熔池的稳定性有关，稳定性越小，所需要的加压时间就越长此外考虑熔池的温度状况，温度越高流动性越强，越需要更长的时间来冷却。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种PVC管道热熔对接机床控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集各管道热熔时热熔对接焊机的加热初始温度、加热结束温度、加热压力；其中管道热熔时采用压缩或扩张的加热方式，并获取对应管道的直径变化值；
设置各管道热熔的熔融行程，根据对应管道的加热初始温度、加热结束温度、直径变化值以及加热压力，确定对应管道的热熔程度指标；基于所述热熔程度指标，对压缩后的管道以及扩张后的管道进行一一匹配，得到对接的两管道的匹配对；
获取匹配对内两管道对应的熔融深度，基于所述匹配对内的两管道的加热结束温度、两熔融行程的最小值以及所述熔融深度，计算匹配对的不稳定性；
判断所述不稳定性与设定值的大小，当所述不稳定性大于设定值，则调整两管道的熔融行程，重新计算所述匹配对的不稳定性，直至所述不稳定性小于设定值时，判定PVC管道热熔对接合格。
2.根据权利要求1所述的一种PVC管道热熔对接机床控制方法，其特征在于，
当管道热熔时采用扩张的加热方式时，管道的热熔程度指标为
Figure RE-FDA0003741236890000011
其中，T1初为第一管道的加热初始温度，T1末为第一管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R0为第一管道的直径，F1为第一管道的加热压力，L1为第一管道的熔融行程；
当管道热熔时采用压缩的加热方式时，管道的热熔程度指标为
Figure RE-FDA0003741236890000012
其中，T2初为第二管道的加热初始温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R2为第二管道的扩张后的内径，R00为第二管道的直径，F2为第二管道的加热压力，L2为第二管道的熔融行程，abs(·)函数为绝对值函数。
3.根据权利要求1所述的一种PVC管道热熔对接机床控制方法，其特征在于，采用K-M最大分配算法进行匹配。
4.根据权利要求1所述的一种PVC管道热熔对接机床控制方法，其特征在于，所述不稳定性为
Figure RE-FDA0003741236890000013
其中，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程，abs(·)函数为绝对值函数。
5.根据权利要求1所述的一种PVC管道热熔对接机床控制方法，其特征在于，还包括对保压冷却的冷却时间进行调整的步骤：
冷却时间为：
Figure RE-FDA0003741236890000021
其中，L1为第一管道的熔融行程，L2为第二管道的熔融行程，T1末为第一管道的加热结束温度，T2末为第二管道的加热结束温度，R1为第一管道的压缩后的外径，R2为第二管道的扩张后的内径。
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