[发明专利]一种摆动电弧MAG焊熔池表面形貌的实时检测方法及装置

权利要求书

1.一种摆动电弧MAG焊熔池表面形貌的实时检测方法及装置，其装置主要包括：双枪摆动定位器、激光投射系统、成像系统、熔池检测控制系统，图像信息处理器以及熔池控制系统；其中双枪摆动定位器用于MAG焊枪和TIG焊枪的同步摆动控制，以及定位电弧位置；激光投射系统用于投射几何激光条纹，成像系统用于采集变形的激光条纹图像，二者安装在焊枪前后合适位置，可随焊接小车移动，保证检测的实时性；熔池检测控制系统一方面控制激光投射系统启停，另一方面控制成像系统采集图像的频率及时间点；熔池控制系统用于反馈调节控制，改善熔池；其方法特征为：在MAG焊枪旁安置TIG焊枪，二者同步摆动，形成稳定的耦合电弧，减少了飞溅，为熔池检测提供良好的弧光环境；在焊接过程中，当双枪电弧摆动至焊道最左边或最右边时（电弧对熔池的干扰最少），双枪摆动定位器中电弧定位装置即给熔池检测控制系统发射脉冲，控制成像系统采集图像，再通过图像信息处理器，获得摆动熔池形貌。

2.根据权利要求1的双焊枪摆动定位器，其特征是在内部偏心块一侧位置设计了涡流判定器：由于偏心块的摆动幅值是固定的，可先将偏心块与涡流判定器最近和最远的距离设定好（对应焊枪摆动的极左和极右位置），作为两个判定值Q₁和Q₂；在摆动器摆动过程中，涡流判定器再利用涡流测距原理，实时测量其与偏心块的距离值，当这个值达到Q₁时即产生一个负脉冲，达到Q₂时即产生一个正脉冲，由此获得摆动电弧左右位置信号。

3.根据权利要求1所述的熔池检测控制系统，其内部包含同步控制器、可编程时间控制器和脉冲触发器，同步控制器保证激光投射与焊接启停同步；可编程时间控制器设定脉冲触发器的工作周期及通路时长，该周期根据焊接速度而定，通路时长为电弧左右摆动一次所用时间；脉冲触发器只能在通路时段接收双枪摆动定位器的信号，而一旦接收到脉冲信号，即控制成像系统打开快门，获得变形的激光条纹图像。

4.根据权利要求1所述的熔池控制系统，其特征为采用无模型自适应控制结合模糊PID算法对熔池进行反馈控制：以熔池熔宽及余高作为被控量,以焊接电流和送丝速度为控制量的MAG控制过程多输入多输出建立无模型自适应控制器，并将模糊PID算法引入到自适应控制器中，最后将数字控制量通过数据采集卡中的D/A接口转换成模拟信号输出，调节焊机的焊接参数，实现对焊接熔池的控制。