CN86108654A - 气体保护电弧焊接时检测和跟踪角焊缝的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在(二氧化碳)气体保护电弧焊接检测和跟踪角焊缝的方法和装置。焊嘴通过一个由轮廓控制的操作机移动，机械的轮廓键控检测焊前角焊缝1个或多个参考点的位置座标并存储确定的角焊缝实际位置。再相应调整轮廓控制实现纵向行程，于是仅与焊接电流相关的焊嘴高度需重新调整。机械轮廓键控是通过焊缝参考点相邻的焊缝侧面传感实现的。从中计算出焊缝根部点的坐标。焊嘴管回转配置装有控制盘，当其触及焊缝侧面时显示偏离焊嘴管并停止控制信号。

Description

本发明涉及在进行气体保护电弧焊接特别是在二氧化碳气体保护焊接时检测和跟踪角焊缝的方法和装置。

为了在检测和跟踪焊缝时控制焊咀，已知采用的是所谓往复运动控制的方法，即焊咀管以预定的频率围绕与焊缝向轴线垂直的预定角度作往复运动，因此需要测量焊接电流的大小并且由此调整焊咀管的高度位置和侧面位置。往复运动控制的缺点是仅仅与用作保护气体的高价混合气体的性质有关。一旦置入二氧化碳气体，就产生电弧的不稳定，电弧在散射电弧、长电弧、短电弧和短路之间不断变化。在这种情况下，对每次的往复运动结束时测定的焊缝，不能计算出必要的精度和可靠性，使焊咀管不能通过焊缝保证可靠的中间控制。

因此本发明的任务是在采用二氧化碳作为保护气体的条件下，也能简单可靠地为检测和跟踪焊缝提供可能的方法。

本发明解决此项任务是：在焊接前，通过机械的轮廓键扭找出一个或多个焊缝参考点的位置座标并由此确定角焊缝的实际位置，焊接时焊咀沿着由轮廓控制预先给定并根据角焊缝的实际位置进行调整的导轨面移动，其与焊缝根部的高度根据焊接电流进行调整。而操作机的轮廓控制则是将与焊缝线相应的导轨进行预编程序来解决。为此焊缝线可通过其整个长度由多个焊缝的直线段以直线或多边形方式组成。焊接时焊咀沿着这个导轨面从而沿着角焊缝移动。

根据工件的位置误差，角焊缝的实际位置和导轨面的预编程序的位置可以有所差异。通过对一个或多个焊缝参考点的机械轮廓扫描，确定角焊缝的实际位置，并用预编程序导轨面的座标对该导轨面进行相应的变换。焊缝参考点的数目决定于角焊缝理论位置的可能偏差、焊缝分布的复杂程度和焊缝长度。如果理论位置的偏差仅有旁侧平行位移，则取一个焊缝参考点就足够了，因为焊缝的方向并无变化。但是如果位置误差是二元的或多元的，则焊缝参考点应取两个点或更多点，在这些点之间角焊缝的分布是以直线固定不变的。假如角焊缝呈多边形分布，则要在角度范围内取焊缝参考点。

焊接时，焊咀沿着预编程序并经调整过的导轨面移动，其高度是通过焊接电流相关的水平控制进行调整的。因此，也可能对以纵向直线而高度却以弧形变化着的角焊缝进行跟踪。此外，焊缝根部的误差也可以通过水平控制给予补偿。

由于焊缝跟踪无需作往复运动，所以电流的量值可供水平控制连续使用。叠加干扰（如短路）因低于所产生的平均值，所以权重很小，并且可以被抑制。

焊接电流1的幅度必须在给定的范围内变动，由于超过了最低值的上限或下限就应确定是否焊咀管过于靠近或远离焊缝根部，通过幅度控制，将焊咀管调整到正确的幅度上。

如果焊咀管本身产生了测量误差，为了固定焊缝参考点，对焊缝侧面的机械扫描给出了特别简单的方法。在触及焊缝侧面时，焊咀管偏离理论位置，这时开关启动。轮廓控制以这种启动信号存储着接触点的三元座标。以同样的方法，寻找另一个焊缝侧面的接触点。在角焊缝的侧面角出现容许误差并且因此保持不变后，就可以从求得的座标和侧面倾度计算焊缝根部点的位置。可以把焊缝根部点或另一个在几何学上始终是完全固定的焊缝点考虑为焊缝参考点。将焊接的起点即导轨面的起点考虑为焊缝参考点具有特殊的优点。为此，可从焊缝根部底计算距离和侧面位错，在多层焊缝的情况下，不同的焊缝形状和焊缝位置可以有不同的侧面位错。

将焊咀管作为测量指示器，其功能与独立权利要求中提到的振幅控制无关，因此是独立的发明构思的内容。同样，本文所公开的颇具优越性的方法和装置也可用于其他焊缝检测系统和跟踪系统，或者用作辅助设备。

附图是本发明的示例和图解，分别表示：

图1向上敞开的角焊缝的焊咀管;

图2是图1的另一个变体;

图1和图2是具有焊缝左右两个侧面（2，3）和焊缝根部点（6）的角焊缝（1）。图1中的角焊缝（1）是向上敞开的并具有大于90°的侧面角。图2是侧面角为90°的向旁侧敞开的角焊缝。

焊咀管（4）是用于保护气体特别是二氧化碳保护气体电弧焊接的焊接装置的部件。焊咀是通过一个多轴操作机，优先采用一个6轴或多轴工业自动装置移动。移动是通过操作机轨道控制实现的，在该轨道控制中，角焊缝（1）导轨面的直线分段移动按3维轨道座标进行预编程序。焊接时焊咀管（4）跟踪给定的导轨面，但其与焊缝根部的高度是通过与焊接电流相关的焊咀振幅控制进行调节的。开始焊接时把焊缝根部点（6）作为焊缝根部，在多层焊缝条件下可把最末的焊道位置作为焊缝根部。

为了在焊接时避免焊咀管（4）与焊缝两侧（2，3）相撞，预编程序的导轨面的位置必须与角焊缝（1）的实际位置相吻合。为此需求出一个或多个焊缝参考点，这些点对角焊缝（1）的实际位置而言是具有特征性的。因此，必须将焊咀管（4）调整到焊缝两面（2，3）的上面之间的一个经预编程序的检测点（5）上。在给定轨道中的焊咀管（4）从该点出发沿所编程序的目标点（16）方向的第一个焊缝侧面（2）移动。目标点（16）必须位于两个焊缝侧面（2，3）之上或其后面。在确定两个侧面的角度并且完全在容许误差范围内之后，才能在与已知侧面倾度的直角内切深进给。当焊咀管（4）角触及焊缝侧面（2）时，开关启动脉冲才停止，在轨道控制中，开关启动脉冲的作用是存储这个触及点的三维座标。

此后，焊咀管（4）又返回到检测点（5）上，由该点开始，以前述方法检测焊缝的右侧面（3），求出触及点的位置并予以存储。除了与预编程序的角焊缝（1）纵向成直角外，实现焊咀管（4）切深进给还有两种情况。

从接触点的座标和给定的侧面倾度，通过轨道控制的计算程序，求出作为侧面截点的焊缝根部点的位置。焊缝根部点（6）对角焊缝（1）而言是具有特征性的并且可作为参考点。假如角焊缝（1）的方向带有误差或者是可变的，那么按前述方法可求出一个或多个其他焊缝参考点。通过焊缝参考点和已知为不变的角焊缝（1）方向，或通过多个焊缝参考点，就可确定角焊缝（1）的实际位置。然后通过座标变换，即可调整和修正在其移动过程中预编好的导轨面。

在焊接过程开始前，由轨道控制将焊咀管（4）定位于起点（15），在这一点中，与理论的角焊缝（1）比较，焊咀管（4）具有正确的水平取向和角度取向。起点（15）总是两个焊缝侧面（2，3）检测过程的出发点。

在第一次堆焊焊缝时，起点（15）在预定距离内，位于在由两个焊缝侧面（2，3）间构成的角度穿过焊缝根部点（6）的角平分线上。所述预定距离应尽可能小，因为从起点（15）开始，检测速度强烈减慢，因此这是一个节拍时间因子。焊咀管（4）的纵向轴线就是以这些角平分线定线的。对堆焊其他焊缝部位而言，在这个起点（15）的程序控制变化的情况，焊咀管（4）可以移动，并且也可以倾向（重新取向）。

装在焊接装置内的并不是一个焊咀高度控制装置，而是一架焊接电流振幅的测量装置。关于角焊缝（1）的焊咀管（4）高度的变化或已经堆焊过焊缝位置高度的变化表现在电弧长度的变化，因而也是电流的变化。在高度较低时，电流增大，而当高度较高时，电流就下降。就焊咀高度控制而言，它可能是操作机轮廓控制的一部分，但更为有利的是与焊接电源相连接的传感器的一部分，而额定值范围是对焊接电流所作的定义，其最低值的上限和下限相当于容许焊咀管高度的最小值和最大值。一当焊接电流值容许这个额定值范围，则焊咀高度控制会把焊接焊咀管的距离调整到额定值范围。

图1表示用于求算焊缝参考点机械轮廓键控的装置。该装置也可在碰撞情况下用作断路保险装置，它在焊接过程临近开始前又被活化，而它在检测过程开始前作为断路保险是一种无效连接，这种断路保险装置在焊咀管（4）与焊缝侧面（2，3）接触时使操作机或焊接装置断路。对焊接前正在进行的焊缝检测过程而言，断路保险装置起连接作用。

在焊咀管（14）上固定有一个优先采用圆形的控制盘（9），在该控制盘中装有2个或多个优先采用相对径向排列的微型开关（11）。焊咀管（4）与该控制盘（9）不紧密地被支撑在外壳（7）的向内凸出的凸缘（8）上。控制盘（9）由一个附图中未标出的销钉对着围绕焊咀管（4）纵向轴线（14）旋转的方向予以加固。此外，还装有2个或多个弹簧（10），被支撑在外壳（7）上，而且控制盘（9）被压向凸缘（8）上。在微型开关（11）下面的凸缘（8）中装有调整螺丝（12），它们可对微型开关（11）进行调整。

当焊咀管（14）撞向焊缝侧面（2，3）时，由于凸缘（8）上的控制盘（9）装得并不紧密，所以焊咀管（14）立即偏离位于纵向轴线（14）上的重心（13）。控制盘（9）倾斜于凸缘（8）配置，使1个或2个微型开关（11）始终断路。这种控制信号在轮廓控制中导致触及点座标值的存储。为了易于回转，控制盘（9）周围的边缘为球形，围绕着回转点（13）。当焊咀管（4）再作往复运动时，弹簧（10）立即将控制盘（9）压向凸缘（8），并且全部微型开关重又断路。

Claims (6)

1、采用气体保护电弧焊接特别是采用二氧化碳气体保护焊接时检测和跟踪角焊缝的方法，采用该方法的焊咀通过一个由轮廓控制的操作机移动，其特征在于通过机械轮廓扫描寻找1个或多个焊缝参考点的位置座标并由此确定角焊缝的实际位置；焊接时焊咀沿着在轮廓控制中给定的并根据角焊缝的实际位置调整的导轨面移动，其距焊缝根部点的高度根据焊接电流进行调整。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于通过机械扫描邻近的焊缝侧面的位置，确定焊缝参考点特别是焊接起点的位置座标，计算求出对焊缝根部点的距离和水平位错。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于为了对焊缝侧面进行扫描，焊咀管从给定的检测点开始始终是在与焊缝侧面的倾度成直角的范围内沿目标点方向向焊缝侧面移动，其与检测点的距离至少等于或最好大于焊缝侧面的距离。

4、用于对焊缝侧面特别是根据权利要求1或下述各项权利要求之一的机械扫描的方法，其特征在于焊咀管向焊缝侧面移近，而在控制器启动的条件下触及时偏移。

5、用于实现权利要求1或下述各项权利要求之一的装置，其特征在于操作机是一个具有焊咀高度控制和焊接电流测量装置的焊接装置。

6、用于实现权利要求4的方法的装置，其特征在于焊咀管（4）围绕回转点（13）、与其纵向轴线（14）交叉、可回转地固定，并与控制盘（9）一起被支撑在2个或多个微型开关（11）上。

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