[发明专利]基于电弧多谱段光信息传感的MIG焊质量监测方法

说明书

技术领域

本发明属于熔化极气体保护电弧焊(MIG焊)的过程控制技术，涉及一种MIG焊的质量监测方法。本发明具体是一种基于电弧多谱段光信息传感的MIG焊质量监测方法。

背景技术

随着现代焊接制造技术的发展，焊接机器人等高效化生产手段得到广泛应用，研究者对于自动化所带来的焊接质量检测与控制越来越重视。在线焊接质量检测与控制技术不仅可以降低成本，提高生产效率，而且在许多情况下，大型结构的焊后无损检测是不可行的，所以，在线焊接质量检测技术对于实现优质高效化焊接是至关重要的。

对于焊接质量的检测，研究者过去尝试采用电信号、声信号进行分析，并取得了一些较成功的应用。但是在上述检测过程中，还是存在不少问题：声音信号容易受干扰而受到限制，只是在埋弧焊等光信号无法发挥作用的场合，或声信号具有明显特征的激光、等离子弧中得到应用，而对于MIG焊应用相对较少。电信号在某些条件下获得的信号品质不理想，所以在建立信号与焊接质量之间的关系时，需要较多地依赖后续数学分析，判识准确率受干扰因素种类和分析方法影响较大，且在许多情况下准确率与实时检测(数学分析复杂程度)是一对矛盾，对干扰因素的实时检测困难，难以建立信号特点与焊接过程之间的本质联系。

光谱信号作为一种新型的信号源，信息量较电信号丰富，光谱辐射直接由电弧本身产生，与焊接过程的稳定性存在密切的联系，具有响应速度快，信号不易受其他外界因素(如电、磁、自然光)干扰等特点，所以电弧光谱具有良好的信号品质。这已经在TIG焊弧长测控的精度提高和脉冲MIG焊熔滴过渡方面的应用得到很好地验证。例如，ZL 00131566专利提供了一种脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡的光谱控制法，该方法过程是确定电弧和熔滴的测试截面，利用光谱检测系统选择特征谱线，再由光电转换器将特征光谱信号转换为足够强度的电信号，经模数转换系统处理后，输入微机处理，输出的控制信号再通过PWM控制器调制，输出驱动脉冲信号，驱动逆变电流的IGBT高压开关管，实施切变电流动作，达到一脉一滴的控制目的。

MIG焊作为一种广泛使用的焊接方法，具有节能、高效、方便的特点，焊缝成型好，工艺适应性宽，特别适用于热敏感材料和有色金属的焊接。但在MIG焊的过程中，往往由于干扰因素造成电弧不稳定，从而带来焊接的质量问题。

然而，除了在熔滴过渡控制上的应用外，焊接电弧的光谱信息在MIG焊质量监测上的应用受到了限制，困难主要存在于以下两个方面：

1、特征谱段的选取

MIG焊电弧光谱中，由于金属谱线的辐射强度和数量明显增多，选择合适的测控谱段就相对困难。选择合适的谱段可以有效提高信号的品质，不同干扰因素的有效信号谱段存在差异。

2、干扰因素的判识

焊接过程中，由于熔滴过渡及正常焊接过程中的弧长变化，会造成焊接电弧光谱的波动，外界干扰因素也会造成电弧辐射光谱的波动。同一焊接过程的波动可能是由于熔滴过渡引起的，也可能是由于干扰因素造成的，对干扰因素的有效判识会受到熔滴过渡波动的影响，远比TIG焊复杂。

实际上，如何通过信号提取，对引起焊接不稳定的因素实现有效判识，对于现代自动化焊接生产非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种MIG焊的质量监测方法，该方法通过选取特征谱段，从选定频段中获取影响焊接质量的干扰因素信息，从而实现对MIG焊质量的监测。

本发明的基于电弧多谱段光信息传感的MIG焊质量监测方法包括：

a)选取特征谱段，在焊接过程中，由光电转换器采集特征谱段的电弧光谱信号，并将其转换为电信号；

b)对选定频段的电弧光谱电信号进行提取，以获取焊接过程信息的特征信号；

c)将获取的特征信号与设定的数学判据进行比较，给出判识结果，实现对焊接质量的有效判识。