CN105750694B - 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法 - Google Patents

基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105750694B
CN105750694B CN201610335117.4A CN201610335117A CN105750694B CN 105750694 B CN105750694 B CN 105750694B CN 201610335117 A CN201610335117 A CN 201610335117A CN 105750694 B CN105750694 B CN 105750694B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interval
welding
average current
curved
curved surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610335117.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105750694A (zh
Inventor
洪波
姚强
雷伟成
唐明
王涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangtan University
Original Assignee
Xiangtan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangtan University filed Critical Xiangtan University
Priority to CN201610335117.4A priority Critical patent/CN105750694B/zh
Publication of CN105750694A publication Critical patent/CN105750694A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105750694B publication Critical patent/CN105750694B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法。该方法的主要原理是利用磁控旋转电弧传感器扫描曲面，经霍尔传感器收集采样点电流信号，分向区间传感器对每个旋转周期的采样点进行区间和方向划分，运算处理器计算每个区间的平均电流并进行滤波处理后确定采样周期平均电流最小的方向，同时位置补偿控制器将采样周期对比参考周期平均电流值自动调整焊枪高度，稳定避免断弧和撞枪；通过多轴驱动器控制四轴联动焊机，保证焊接方向朝向当前平均电流最小的采样组对应方向，使焊接始终在曲面水平高度较低处进行，直到采样周期各区间平均电流变化波动很小时，判定当前曲面已趋于平整，曲面的堆焊完成。

Description

基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法
技术领域
本发明涉及自动化领域，是一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法。
背景技术
焊接是一种常用的制造工艺及技术，而堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零部件的制造、修复和表面改性技术。在实际堆焊过程中，基本都要求工件待焊部位表面平整，当工件表面形状复杂，如存在曲面时，传统堆焊工艺无法直接适用，而且堆焊过程的自动化程度较低，需要人工实时调整才能保证堆焊工作的进行。为解决复杂曲面条件下堆焊的技术难点，提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，对进一步推动堆焊工艺的自动化有积极作用。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，更好的推动堆焊工艺的自动化发展，针对目前堆焊生产线上，存在复杂曲面工件的堆焊只能通过人工操作的方式，从而产生的堆焊效果较差、堆焊层质量厚度达不到要求等问题，提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，其***控制框图如图1所示：该方法采样的***机构包括：磁控旋转电弧传感器、分向区间传感器、运算控制器、位置补偿控制器、四轴联动焊机；该方法通过分向区间传感器划分采样区间和位置方向，根据磁控电弧传感器采集焊接电流，运算控制器计算出平均电流最小的采样组对应的方向，四轴联动焊机控制焊枪始终沿平均电流最小即曲面水平高度较低的方向焊接，后续循环采样和定位的过程，当采样区间的平均电流变化波动小于或等于参考区间时，当前曲面的堆焊完成。通过不断焊接填补曲面的不平整处直到整个曲面的完全堆焊平整；同时位置补偿控制器保证在曲面高低不同处电弧稳定从而实现有复杂曲面工件的自动堆焊，具体包括以下步骤：
第一步：划分采样区间和确定方向信号，并采集参考位置的焊接电流信号
磁控旋转电弧传感器安装在焊枪上，带动磁极旋转的电机轴处安装有64的标志点的光码盘，根据磁场控制电弧的运动规律，分向区间传感器将一个采样周期划分为8个采样区间和8个区间方向，同时设定每相邻两个区间作为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置。设置8个光耦用以定位这8个方向信号。当修复工作开始时，先在曲面平整的位置采集一个或多个采样周期的焊接电流信号作为参考数据，经数据处理后确定参考周期平均电流和采样区间平均电流标准差，做为以后续焊接电流信号处理的标准参考数据。
第二步：根据参考周期的平均电流信号确定焊枪的高低位置
位置补偿控制器根据接受的每个采样周期的采样周期平均电流值类比参考采样周期的平均电流值，在焊丝干伸长不变的情况下，根据旋转电弧弧长和电流经典公式计算处理，换算成等效电弧长度差用以控制焊枪高低位置，以防止在曲面水平高度变化较大时，比如曲面凹陷时发生断弧和曲面凸起时发生撞枪，保证自动堆焊过程中焊接电弧的稳定性。
第三步：根据当前采样周期不同采样组的焊接电弧信号确定焊接方向
霍尔传感器采集当前采样周期内不同采样区间的平均焊接电流值，采用区间方差分析法，当计算出当前采样周期平均电流方差大于参考周期平均电流方差时，确定平均焊接电流值最小的采样组，定位这个采样组区间对应的方向信号，根据焊接电流和弧长的对应公式，认定此方向朝向曲面水平高度较低的位置，驱动四轴联动焊机控制焊枪沿此方向进行下个周期的焊接采样，保证焊接方向始终朝向曲面水平高度较低处；只有当采样周期各区间平均电流值方差小于或等于参考周期区间平均电流方差时，认定此时曲面近似平整面。随着焊接采样始终向曲面凹陷方向进行，曲面的不平整的位置一直被补偿，一定范围的曲面趋于平整，后续循环此工艺过程直到复杂曲面被全部堆焊平整。
本发明的有益效果是：提出一种基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，该方法通过焊接本身的信号检测曲面不平整位置，通过不断填补复杂曲面的不平整处，最终达到整个曲面的完全堆焊；采用焊接电弧本身的信号，实时性好，多个传感器协调工作，***稳定性高，工艺的智能化程度高，解决了复杂曲面堆焊的自动化程度不高、生产效率低下、堆焊质量一般和人工成本较大等问题，为自动化堆焊技术的发展奠定了基础。
附图说明
图1是自动堆焊***框图
图2是自动堆焊工艺流程图
图3是分向区间传感器工作原理示意图
图4是***运动模型图
实施案例
为了更好的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例对本发明做进一步详细说明。但是，本发明的实施方式不限于此。
实施例1本发明基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法如图1所示，包括磁控旋转电弧传感器、分向区间传感器、运算控制器、位置补偿控制器、四轴联动焊机；其中分向区间传感器工作原理如图3所示，将一个旋转采样周期划分8个采样区间和8个区间方向，同时设定每相邻两个区间作为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置。光码盘上安装8个光耦用以定位每个方向信号；如图2所示工作流程中，开始工作时磁控电弧传感器先采集参考周期的焊接电流信号，运算控制器计算出各方向对应区间平均电流，四轴联动焊机控制焊枪始终沿采样组平均电流较小的方向即曲面水平高度较低位置方向焊接，直到各区间平均电流变化波动很小，此时当前区域曲面近似平整，如果还存在别的区域曲面则继续焊接采样过程；如图4所示通过不断填补曲面的不平整处在一定范围改变曲面的表面形貌，最终使整个曲面全部堆焊平整，而且位置补偿控制器可以保证在曲面高低不同处电弧稳定从而实现复杂曲面条件下的自动堆焊。
本发明基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法具体实施步骤如下：
第一步：划分采样区间和确定方向信号，并采集参考位置的焊接电流信号
如图3所示：磁控旋转电弧传感器安装在焊枪上，带动磁极旋转的电机轴处安装有64的标志点的光码盘，根据磁场控制电弧的运动规律，分向区间位置传感器将一个采样周期划分为a、b、c、d、e、f、g和h等8个采样区间，单个周期内，对于的区域平均电流x取值a:h，则可表示为：
式中：c是一个采样周期的数据数；n是磁极的旋转周数；s＝c/8。
同时设定每相邻两个区间为一个采样组，每个采样组为一个方向信号，该信号的位置在两个区间的中间位置，设置8个光耦用以定位1-8的方向信号。每个采样组的平均焊接电流用表示，可知：
参考周期的采样数据就是n＝0时的8个采样数据，参考周期的平均焊接电流平均值用I0表示，
第二步：根据参考周期的平均电流信号确定焊枪的高低位置
如图4所示，先在曲面平整的位置取采样周期，位置补偿控制器将每个采样周期的平均电流值对比参考采样周期的平均电流值，在焊丝干伸长不变的情况下，根据旋转电弧GMAW焊接***弧长和电流经典公式计算处理，
式中：vn表示采样周期内电流变化速率
换算成等效电弧长度差e＝Ln-L0，用以控制焊枪高低位置，以防止在曲面水平高度变化较大时，比如曲面凹陷时发生断弧和曲面凸起时发生撞枪，保证自动堆焊过程中焊接电弧的稳定性。
第三步：根据当前采样周期不同采样组的焊接电弧信号确定焊接方向
霍尔传感器采集当前采样周期内不同采样区间的平均焊接电流值，运算控制器采用区间方差分析法，将单个采样周期内平均电流用In表示，平均电流方差D(In)可表示为：
当采样区间平均电流值方差大于参考周期平均电流方差即D(In)＞D(I0)时，确定8个采样组最小的值，得到平均电流最小的采样组对应的方向信号，根据焊接电流和弧长的对应公式，认定此方向朝向曲面水平高度较低位置，驱动四轴联动焊机控制焊枪沿此方向进行下个周期的焊接采样，保证焊接始终在曲面水平高度较低处；只有当计算的各区间平均电流值方差小于或等于参考周期区间平均电流方差即D(In)≤D(I0)时，认定此时曲面近似平整面，整个过程边焊接边采样，随着焊接始终向曲面水平高度较低进行，曲面不平整的位置一直被补偿，一定范围的曲面趋于平整，循环此工艺过程直到复杂曲面被全部堆焊平整。
实施案例2本发明同样适用于复杂形状的工件表面堆焊涂层的自动加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下所作出的若干改进，都视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，用于复杂曲面工件的自动堆焊，其特征是：该方法的***包括：磁控旋转电弧传感器、分向区间传感器、运算控制器、位置补偿控制器、四轴联动焊机；该方法通过分向区间传感器划分采样区间和位置方向，磁控旋转电弧传感器采集焊接电流，运算控制器计算出各方向对应区间平均电流，四轴联动焊机控制焊枪始终沿平均电流较小即曲面水平高度较低的方向焊接，位置补偿控制器保证在曲面高低不同处电弧稳定，直到各区间平均电流变化波动很小时，曲面的堆焊完成。
2.根据权利要求1所述基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，其特征是：分向区间传感器包括由光码盘和8个光耦组成的方向定位模块、数据采样和信号处理模块构成，通过方向定位模块将采样周期分成8个采样区间和8个区间方向，每相邻两个区间作为一个采样组，每个采样组对应一个方向信号，此方向即为焊枪的运动方向。
3.根据权利要求1所述基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，其特征是：将每个采样周期的平均电流值对比参考采样周期的平均电流值，根据旋转电弧弧长和电流经典公式计算处理，换算成等效电弧长度差用以控制焊枪高低位置，防止在曲面凹陷处断弧和曲面凸起处发生撞枪，以保证自动堆焊过程中焊接电弧的稳定性。
4.根据权利要求1所述基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法，其特征是：采样开始时，先在曲面平整的位置采样一个周期焊接电流信号作为参考周期，通过霍尔传感器接收采样区间的焊接电流信号，运算控制器经滤波处理后计算出每个区间的平均电流值，采用区间方差分析法，当采样周期各区间平均电流方差大于参考周期区间平均电流方差时，对比选出平均电流最小的采样组对应的方向，根据电流弧长对应关系，认定此方向的曲面水平高度较低，四轴联动焊机根据分向区间控制器的方向反馈控制焊枪前进；不断填补曲面不平整处，直到采样周期平均电流方差小于或等于参考周期区间平均电流方差时，认定此时曲面趋***整面，完成复杂曲面条件下的自动堆焊。
CN201610335117.4A 2016-05-19 2016-05-19 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法 Active CN105750694B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610335117.4A CN105750694B (zh) 2016-05-19 2016-05-19 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610335117.4A CN105750694B (zh) 2016-05-19 2016-05-19 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105750694A CN105750694A (zh) 2016-07-13
CN105750694B true CN105750694B (zh) 2017-11-07

Family

ID=56324248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610335117.4A Active CN105750694B (zh) 2016-05-19 2016-05-19 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105750694B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11880178B1 (en) 2010-11-16 2024-01-23 Ectoscan Systems, Llc Surface data, acquisition, storage, and assessment system
US9599461B2 (en) 2010-11-16 2017-03-21 Ectoscan Systems, Llc Surface data acquisition, storage, and assessment system
BR102018005422A2 (pt) * 2017-03-21 2019-02-05 Lincoln Global, Inc. sistema de soldagem
EP3706874A4 (en) 2017-12-06 2021-12-29 Ectoscan Systems, LLC Performance scanning system and method for improving athletic performance
CN109226936B (zh) * 2018-09-14 2022-02-01 湘潭大学 一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法
CN112658444B (zh) * 2020-12-15 2022-03-25 唐山松下产业机器有限公司 焊接机器人电弧传感控制方法与***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312263A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd アークセンサー
JPH10109165A (ja) * 1996-10-04 1998-04-28 Nkk Corp 大型ワークの片面突合せ溶接方法
JPH10263821A (ja) * 1997-03-27 1998-10-06 Nkk Corp 溶接条件適応制御方法
CN1974100A (zh) * 2006-12-21 2007-06-06 上海交通大学 核电j型接头焊接复杂曲面跟踪方法
CN102922095A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 湘潭大学 用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器
CN105562886A (zh) * 2016-03-11 2016-05-11 湘潭大学 一种基于磁控旋转电弧传感的自动化堆焊方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312263A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd アークセンサー
JPH10109165A (ja) * 1996-10-04 1998-04-28 Nkk Corp 大型ワークの片面突合せ溶接方法
JPH10263821A (ja) * 1997-03-27 1998-10-06 Nkk Corp 溶接条件適応制御方法
CN1974100A (zh) * 2006-12-21 2007-06-06 上海交通大学 核电j型接头焊接复杂曲面跟踪方法
CN102922095A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 湘潭大学 用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器
CN105562886A (zh) * 2016-03-11 2016-05-11 湘潭大学 一种基于磁控旋转电弧传感的自动化堆焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105750694A (zh) 2016-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105750694B (zh) 基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法
CN108868807B (zh) 盾构掘进纠偏的智能控制方法
CN102699534B (zh) 基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法
CN103480991B (zh) 一种薄钢板窄焊缝在线视觉检测与控制装置
CN104122895B (zh) 一种基于自适应pid的agv导航方法
CN102615390A (zh) 基于摆动电弧的多层多道焊焊缝跟踪***及识别方法
CN105909270B (zh) 一种盾构机轴线控制***
CN105033431B (zh) 缝焊***、缝焊方法及被焊接物的生产方法
JP2020134528A (ja) 定常横方向偏差の除去方法、装置、記憶媒体、及びプログラム
CN105403269B (zh) 可调式地表径流监测装置
CN203973025U (zh) 一种基于解耦检测的环缝视觉检测装置
CN106703823B (zh) 大型掘进装备的姿态纠偏***及方法
CN111338354B (zh) 履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及***
CN111158379B (zh) 一种方向盘零偏自学习的无人车轨迹跟踪方法
CN102998971B (zh) 温室机械通风pid参数整定方法及其控制方法和控制***
CN109226936B (zh) 一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法
CN204234993U (zh) 随焊超声冲击机器人智能测控***
CN113848934B (zh) 拆换线施工机器人及其行进速度控制装置和方法
CN108414145A (zh) 一种基于滚球的平衡检测方法及设备
CN110794833B (zh) 基于gps/bds无人驾驶地面运动模拟靶标的运动特征学习方法
CN113128307A (zh) 车道线的检测处理方法、及相关装置和***
CN107478155A (zh) 产品检测方法、装置及***
CN105804472B (zh) 一种杆塔位置的定位方法和装置
CN114970978B (zh) 一种复杂区域内单振捣台车施工轨迹动态规划方法
CN105318861A (zh) 融合振动的杆塔倾角测量的数据处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant