CN115055788A - 基于磁控gtaw电弧传感的电弧摆动幅度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。针对磁控GTAW电弧摆动跟踪过程中不能实现电弧摆动幅度自适应控制的难题，本发明公开一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。首先，在焊接前利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；然后，利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；其次，利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；最后，利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制。

Description

基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法
技术领域
本发明涉及焊缝跟踪领域，是一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。
背景技术
GTAW(非熔化极气体保护焊)大量应用于航空航天、海工装备、核电建设等领域，目前主要通过焊接工人手工焊接完成，严重限制了焊接效率和质量，实现其自动焊接是提高焊接效率和质量的有效途径。焊缝实时跟踪技术是实现自动焊接的关键技术。磁控摆动电弧焊缝跟踪方法具有非接触、实时性好、电弧摆动灵活等诸多优点，针对磁控摆动电弧焊缝跟踪传感器国内外学者进行了较多的研究，但是仍然存在较多难点影响磁控摆动焊缝跟踪技术的发展。
磁控摆动GTAW过程中，电弧左右摆动幅度影响焊接质量与焊缝跟踪精度，但是现有的磁控电弧焊缝跟踪传感器难以实现电弧摆动幅度的精确控制。针对这些问题，本发明公开了一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。
发明内容
一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，用于磁控GTAW 电弧焊缝跟踪过程中电弧摆动幅度自适应控制，其特征在于：在焊接前利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制。
利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；所述的枪姿态检测方法利用磁场控制焊枪姿态检测电弧在工件的不同位置进行交叉摆动并获取不同摆动方向上的电弧信号，利用基于交叉摆动电弧信号处理算法获取焊枪姿态；所述的焊枪姿态检测电弧是利用焊接电源最小的起弧电流引燃的焊接电弧；所述的基于交叉摆动电弧信号处理算法是利用两个摆动方向上的电弧信号处理分别获取两个方向上的焊枪姿态偏差。
利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；所述的焊缝坡口角度检测方法是利用焊缝坡口的宽度和焊缝坡口的高度计算得出焊缝坡口角度；所述的焊缝高度和焊缝宽度是利用焊缝坡口角度检测电弧扫描焊缝坡口并根据扫描速度和电弧信号变化信息获取。
利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；所述的电弧摆动幅度检测方法是在焊缝跟踪过程中不存在焊缝偏差时通过计算电弧摆动幅度变化度来实现摆动幅度检测；所述的电弧摆动幅度变化度是电弧当前摆动幅度与摆动幅度设定值差值的绝对值与电弧摆动中间位置时弧长的比值。
利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制；所述的电弧摆动幅度控制方法根据电弧摆动幅度变化度的大小，通过控制励磁电流幅值的大小来实现磁控电弧摆动幅度控制。
发明的有益效果：
本发明涉及一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。针对磁控GTAW电弧摆动跟踪过程中不能实现电弧摆动幅度自适应控制的难题，本发明公开一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法。首先，在焊接前利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；然后，利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；其次，利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；最后，利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制。解决了现有的磁控电弧焊缝跟踪传感器难以实现电弧摆动幅度的精确控制的难题。
附图说明
图1为基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制模型。
其中：1-焊枪，2-左摆电弧，3-工件，4-右摆电弧，5-中间位置电弧。ALL左摆电弧长度；ALR为右摆电弧长度；AL为中间位置电弧长度；SAL为电弧左摆幅度；SAR为电弧右摆幅度；SA为电弧摆动幅度；θ为焊缝坡口角度。
图2为焊枪姿态检测方法原理图。
其中：1-焊枪位置1，2-焊枪，3-磁控GTAW电弧传感器旋转轴，4-励磁线圈，5-电弧，6-工件，7-焊枪位置2。
图3为焊缝坡口角度检测方法原理图。
图4为电弧摆动幅度控制方法流程图。
具体实施方式
为了更好地表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施案例对本发明做进一步详细说明。本发明的实施方式不限于此。
步骤1：焊枪姿态检测
为了焊缝跟踪过程中精确控制电弧的摆动幅度和保证良好的焊接质量，本发明公开一种焊枪姿态检测方法，其原理如图2所示。利用焊接电源最小的起弧电流引燃的焊接电弧，利用磁场控制焊枪姿态检测电弧在工件的焊枪位置1和焊枪位置2进行交叉摆动并获取不同摆动方向上的电弧信号，利用基于交叉摆动电弧信号处理算法获取焊枪姿态。当焊枪在焊枪位置1利用磁场控制电弧进行前后摆动时，利用基于交叉摆动电弧信号处理算法获取焊枪前后姿态偏差。当焊枪在焊枪位置2利用磁场控制电弧进行左右摆动时，利用基于交叉摆动电弧信号处理算法获取焊枪左右姿态偏差。
步骤2：焊缝坡口角度检测
为了焊缝跟踪过程中精确控制电弧的摆动幅度，在实施焊接前须获取焊缝坡口角度，本发明公开一种焊缝坡口角度检测方法，其原理如图3所示。在焊缝坡口角度检测过程中，机器人控制焊枪沿焊缝垂直方向移动，并实时监测电弧信号。当电弧信号发生突变时记录焊缝特征点1的坐标(x1,y1,z1)，当电弧信号发生第二次突变时记录焊缝特征点2的坐标(x2,y2,z2)，当电弧信号发生第三次突变时记录焊缝特征点3的坐标(x3,y3,z3)。焊缝坡口宽度L通过式(1)计算；焊缝坡口高度H通过式(2)计算；焊缝坡口角度θ通过式(3)计算。
L＝x3-x1 (1)
Figure BDA0003738717510000031
Figure BDA0003738717510000032
步骤3：电弧摆动幅度控制
磁控摆动GTAW电弧焊缝跟踪过程中，当不存在焊缝偏差时，对磁控电弧摆动幅度进行自适应控制。基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制模型如图1所示，电弧摆动幅度SA通过式(4)计算；摆动幅度变化度SAv通过式(5)计算，其中SetSA为设定摆动幅度；当摆动幅度满足式(6)时对电弧摆动幅度进行自适应控制，其中ThsSA为摆动幅度变化度阈值，|SAv|越大磁控电弧摆动幅度超出设定值越大，当SAv<-ThsSA时磁控电弧摆动幅度偏小，当SAv>ThsSA时磁控电弧摆动幅度偏大。电弧摆动幅度控制方法流程如图4所示。
Figure BDA0003738717510000033
Figure BDA0003738717510000034
|SAv|≥ThsSA (6)

Claims (5)

1.一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，用于磁控GTAW电弧焊缝跟踪过程中电弧摆动幅度自适应控制，其特征在于：在焊接前利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，其特征在于：利用焊枪姿态检测方法确保焊枪与焊缝法向平行；所述的枪姿态检测方法利用磁场控制焊枪姿态检测电弧在工件的不同位置进行交叉摆动并获取不同摆动方向上的电弧信号，利用基于交叉摆动电弧信号处理算法获取焊枪姿态；所述的焊枪姿态检测电弧是利用焊接电源最小的起弧电流引燃的焊接电弧；所述的基于交叉摆动电弧信号处理算法是利用两个摆动方向上的电弧信号处理分别获取两个方向上的焊枪姿态偏差。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，其特征在于：利用焊缝坡口角度检测方法获取焊缝坡口角度；所述的焊缝坡口角度检测方法是利用焊缝坡口的宽度和焊缝坡口的高度计算得出焊缝坡口角度；所述的焊缝高度和焊缝宽度是利用焊缝坡口角度检测电弧扫描焊缝坡口并根据扫描速度和电弧信号变化信息获取。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，其特征在于：利用电弧摆动幅度检测方法获取磁控电弧摆动幅度；所述的电弧摆动幅度检测方法是在焊缝跟踪过程中不存在焊缝偏差时通过计算电弧摆动幅度变化度来实现摆动幅度检测；所述的电弧摆动幅度变化度是电弧当前摆动幅度与摆动幅度设定值差值的绝对值与电弧摆动中间位置时弧长的比值。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁控GTAW电弧传感的电弧摆动幅度控制方法，其特征在于：利用电弧摆动幅度控制方法实现磁控电弧摆动幅度自适应控制；所述的电弧摆动幅度控制方法根据电弧摆动幅度变化度的大小，通过控制励磁电流幅值的大小来实现磁控电弧摆动幅度控制。
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