熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤控制裝置的製作方法

2023-05-19 10:59:26

專利名稱：熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及焊接控制技術，特別是一種用於熔化極氣體保護焊的 焊縫自動跟蹤技術。
背景技術：
熔化極氣體保護焊以其高效、節能、操作簡單方便，在實際生產中得 到廣泛的應用，並已經成為手工電弧焊的替代工藝。實現焊接過程自動化 控制所要解決的主要問題是焊縫自動跟蹤。目前用於熔化極氣體保護焊的 焊縫跟蹤傳感器大多是機械式電弧傳感器和雷射式傳感器，機械式電弧傳 感器利用電弧自身作為傳感器，實時性強，焊槍運動的靈活性和可達性好， 製造成本低，但體積大、噪聲大、易磨損、控制精度不高。雷射式傳感器 雖然控制精度比較高，但它的成本高，實時性差。
對磁控電弧的研究，主要集中在改善焊縫成形方面，現在也有用於焊 縫跟蹤的報導，但都是非熔化極焊接。對熔化極焊接，現有報導的方法是 採用一套雙滑塊結構該結構包括兩套十字滑塊，焊接系統和跟蹤系統相 對獨立，前置的十字滑塊用磁控電弧傳感器作用於小電流的TIG焊來構成 跟蹤系統，後面的由熔化極氣保焊構成的接焊接系統按一定的時間差重複 前置的十字滑塊的動作，這樣來完成跟蹤。該系統的體積大、成本高，由 於控制系統存在一個延遲時間，使系統的穩定性和實時性受到了很大影響。
對於熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤，目前尚未發現別 人開展過這方面的研究，重要原因是熔化極氣體保護焊的電弧較短、飛濺 大，用磁場控制電弧就出現了很多問題。但是要真正實現熔化極氣體保護 焊的磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤，必須實現實時跟蹤。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種成本低、實時性好、靈敏度和精確度高、穩定性好的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤控制裝置。
本實用新型主要是為了解決目前熔化極氣體保護焊焊縫自動跟蹤控制 系統結構複雜、控制精度低、實時性不好等問題。其技術方案要點是它 包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統、焊縫跟蹤傳感器、控制系統、一 套十字滑架和輪式機器人組成的跟蹤執行機構，焊縫跟蹤傳感器採用磁控 電弧傳感器並安裝熔化極氣體保護焊的焊槍上，焊槍安裝在跟蹤執行機構 上；控制系統包括信號採集與處理電路、控制器、驅動控制電路、顯示電 路；焊接電弧在磁控電弧傳感器的作用下運動，掃描焊縫得到焊縫橫向與 高低偏差信息，經信號處理電路後，送入微機系統進行數字濾波和軟體處 理，運算結果控制跟蹤執行機構自動跟蹤焊縫，完成自動化焊接。磁控電 弧傳感器安裝在熔化極氣體保護焊的焊槍上，焊接點即為信號採集點。磁 控電弧傳感器包括勵磁電源、磁場發生裝置、霍爾傳感器，其掃描頻率和 掃描寬度均線性可調。磁控電弧傳感器的掃描頻率範圍為3HZ—15HZ。用 於熔化極氣體保護焊的氣體包括C02等。磁控電弧傳感器採用包括勵磁電 源、磁場發生裝置、霍爾傳感器構成，所述磁場發生裝置安裝在熔化極氣 體保護悍的焊槍上，所述磁場發生裝置的一對磁極用耐高溫材料製作。所 述勵磁電源提供可產生的頻率和幅值可調的激勵電流和兩個與勵磁電流同 頻率的中斷脈衝信號。濾波電路採用2個串聯的巴特沃思低通濾波器進行 硬體濾波。
本實用新型的有益效果是把磁控電弧傳感器用於熔化極氣體保護焊 焊縫自動跟蹤上，具有實時性好、控制精度高、成本低等優點，解決了目 前熔化極氣體保護焊焊縫自動跟蹤的一系列問題。通過實際焊接工藝試驗 證明跟蹤效果好，運行穩定可靠，實用性強。
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的整體結構示意圖。圖2是本實用新型的磁控電弧傳感器的磁場發生裝置結構示意圖。 圖3是本實用新型的磁控電弧傳感器的勵磁電源結構示意圖。 圖4是本實用新型的濾波電路原理圖。 圖5是本實用新型的採樣區間示意圖。
具體實施方式
實施例1，本實用新型由磁控電弧傳感器、焊槍和焊接電源等組成的 焊接系統、控制系統、跟蹤執行機構等構成。磁控電弧傳感器安裝在焊槍 上，焊槍安裝在跟蹤執行機構上。磁控電弧傳感器產生交變磁場，驅動熔 化極氣體保護焊焊電弧按一定的頻率和幅度擺動，從而掃描焊縫，得到焊 縫的信息，經過濾波電路濾波放大後送入控制系統進行處理，控制系統實 時的對滑塊執行結構和焊接小車進行調整，從而進行焊縫跟蹤。該系統焊 接點即為偏差信號採集點，邊焊接邊跟蹤，實時性非常好。參閱圖l。
它主要是解決了目前熔化極氣體保護焊焊縫自動跟蹤控制系統結構復 雜、成本高、性能不穩定、控制精度低、實時性不好等問題。它通過把磁 控電弧技術應用於熔化極氣體保護焊悍縫自動跟蹤，對焊接電弧施加交變 磁場，使焊接電弧按照一定的頻率掃描焊縫，從而獲得表徵焊炬與焊縫相 對位置的特徵參數，然後經過相應的信號處理後，送入微機系統進行數字 濾波處理和相應的程序運算，控制跟蹤執行機構進行適時調整掃描焊炬， 使掃描焊炬與焊縫中心對準以實現焊縫跟蹤。
因本實用新型中的磁控電弧傳感器是直接安裝在熔化極氣體保護焊的 焊槍上，擺脫了兩套十字滑塊的結構，焊接點即為信號採集點，不存在前 置和後置的問題，因此系統的實時性和穩定性得到了很大的提高，又由於 磁場的擺動頻率和幅度能精確控制，跟蹤系統的控制精度有了進一步的提 高。
實施例2，本實用新型磁控電弧傳感器包括由勵磁電源、磁場發生裝 置、霍爾傳感器等部件構成，其中磁場發生裝置由於該裝置直接安裝在熔化極氣體保護焊的焊槍上，焊接時溫度非常高，飛濺物特別多，該磁場發 生裝置的一對磁極用耐高溫材料製作，並且製作成可更換的形式。磁控電
弧磁場發生裝置結構參閱圖2。勵磁電源的作用是產生的頻率和幅值可調 的激勵電流和兩個與勵磁電流同頻率的中斷脈衝信號，中斷脈衝信號的作 用是確定採樣開始的位置，其勵磁電源結構示意圖參閱圖3。焊接時，勵 磁線圈在勵磁電流的作用下，在兩個磁極之間產生交變的磁場，焊接電弧 在交變的磁場作用下按一定的規律擺動，從而掃描焊縫，用霍爾傳感器採 集焊接電流的變化規律就能得到焊縫的偏差信息。參閱圖2和3，其餘同 實施例1。
實施例3，本實用新型濾波電路採用2個串聯的巴特沃思低通濾波器迸 行硬體濾波。由於在熔化極氣體保護焊中，弧長短，飛濺大，幹擾因素多， 因此對採樣信號的處理顯得非常重要，因此在硬體上採用如圖4的2個串 聯的巴特沃思低通濾波器進行硬體濾波。參閱圖4，其餘同上述實施例。
實施例4，當每個定位中斷脈衝到到來時系統開始採樣，為了抑制幹 擾，提高系統的穩定性，用如下方法進行處理設採樣點數為w,第/點的 採樣值為/(/)，在一個定位脈衝周期內，如果1)，則/(/) = /("1). 式中，Fl，2，…，n， yfe。為替換係數U。〉1)，可以通過調整該值獲取較好的濾 波和跟蹤效果。通過這樣的軟體濾波，能較好的剔除幹擾信號。把採樣區 間的採樣值進行求和，比較每次採樣值和的大小，就可判斷傳感器是否偏 離了焊縫，從而調節執行機構實現焊縫的精確跟蹤。參閱圖5,其餘同上 述實施例。
權利要求1、一種熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤控制裝置，它包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統、焊縫跟蹤傳感器、控制系統、一套十字滑架和輪式機器人組成的跟蹤執行機構，其特徵是焊縫跟蹤傳感器採用磁控電弧傳感器並安裝熔化極氣體保護焊的焊槍上，焊槍安裝在跟蹤執行機構上；控制系統包括信號採集與處理電路、控制器、驅動控制電路、顯示電路；焊接電弧在磁控電弧傳感器的作用下運動，掃描焊縫得到焊縫橫向與高低偏差信息，經信號處理電路後，送入微機系統進行數字濾波和軟體處理，運算結果控制跟蹤執行機構自動跟蹤焊縫，完成自動化焊接。
2、 根據權利要求1所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤 控制裝置，其特徵是磁控電弧傳感器安裝在熔化極氣體保護焊的焊槍上，焊 接點即為信號採集點。
3、 根據權利要求1或2所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時 跟蹤控制裝置，其特徵是磁控電弧傳感器包括勵磁電源、磁場發生裝置、霍 爾傳感器，其掃描頻率和掃描寬度均線性可調。
4、 根據權利要求3所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤 控制裝置，其特徵是磁控電弧傳感器的掃描頻率範圍為3HZ—15HZ。
5、 根據權利要求1或2所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時 跟蹤控制裝置，其特徵是用於熔化極氣體保護焊的氣體包括C02。
6、 根據權利要求1所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤 控制裝置，其特徵是磁控電弧傳感器採用包括勵磁電源、磁場發生裝置、霍 爾傳感器構成，所述磁場發生裝置安裝在熔化極氣體保護焊的焊槍上，所述磁 場發生裝置的一對磁極用耐高溫材料製作。
7、 根據權利要求6所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤 控制裝置，其特徵是所述勵磁電源提供可產生的頻率和幅值可調的激勵電流 和兩個與勵磁電流同頻率的中斷脈衝信號。
8、根據權利要求1所述的熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤 控制裝置，其特徵是濾波電路採用2個串聯的巴特沃思低通濾波器進行硬體 濾波。
專利摘要一種熔化極氣體保護焊磁控電弧傳感焊縫實時跟蹤控制裝置，它屬於一種焊接控制技術。它主要是解決現有熔化極氣體保護焊焊縫跟蹤系統結構複雜、成本高、性能不穩定、實時性不好等問題。其技術方案要點是它包括磁控電弧傳感器、由焊槍和焊接電源等組成的焊接系統、控制系統、一套十字滑架和輪式機器人等組成的跟蹤執行機構。磁控電弧傳感器直接裝在熔化極氣保焊的焊槍上，採集焊縫橫向與高低偏差信息，經信號處理後，送入微機進行軟體處理，實時控制跟蹤執行機構進行焊縫自動跟蹤。該技術實現了熔化極氣體保護焊的焊縫自動跟蹤。磁控電弧傳感器安裝在熔化極氣體保護焊的焊槍上，無前置和後置問題，具有實時性好，成本低，穩定性和精確性高的特點。
文檔編號B23K9/173GK201227711SQ20082005311
公開日2009年4月29日 申請日期2008年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者力 尹, 鑫 來, 波 洪, 洪宇翔, 魏復理 申請人:湘潭大學