[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

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动检测技术领域，具体涉及一种摆动电弧MAG焊熔池表面形貌的实时检测方法及装置。

背景技术

焊接传感技术是焊接过程控制的重要部分和关键环节，而熔池信息是焊接传感过程的重要环节。焊接熔池的观测，对实现焊接过程的信息的掌握，具有重要意义。当前国内外对焊接熔池形貌的研究多集中在电弧较稳定的TIG焊，而活性气体保护焊（MAG焊）因为飞溅、烟尘较多研究进展缓慢。而对于摆动MAG焊熔池的观测方法，受电弧摆动等诸多因素干扰，几乎没有理想的观测方法。但摆动电弧MAG焊具有良好的应用市场，对其熔池研究极富价值。基于此，本发明设计了摆动电弧焊接熔池的观测方法及装置。

激光因其能量集中、穿透力强，不易受焊接弧光干扰，是一种很好的熔池形貌检测辅助光源。而TIG焊具有电弧稳定，飞溅少的特点。将二者优势相结合，再控制好拍摄的时间点，避开弧光在熔池中心情况，可有效观测到摆动电弧MAG焊接的熔池信息。

发明内容

本发明的目的在于减少焊接自身干扰，获得较清晰的摆动焊接熔池的实时表面形貌;以及根据熔池信息，优化焊接工艺参数，实现对焊接熔池的控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种摆动电弧MAG焊熔池表面形貌的检测方法及装置，其装置示意图如图1所示。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焊和TIG焊枪的同步摆动控制，以及定位电弧摆动位置，以便对熔池检测控制及焊缝偏差信息识别；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随焊接开关启停，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，二者同摆动，形成稳定的耦合电弧，减少了飞溅，为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，最有利于熔池图像的获取），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，对采集的图像进行滤波及傅立叶轮廓算术分析处理，获得气保焊摆动熔池表面形貌图。

本发明设计的双枪摆动定位器内部结构如图2所示。现有的摆动定位器多采用光耦定位，存在定位延时的问题，而电弧的位置信号直接关系到采样的准确与否。故本发明提出了新的设计方案：双枪摆动定位器内部偏心块一侧放置设计的涡流判定器。由于偏心块的摆动幅值是固定的，故先将偏心块与涡流判定器探测前端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），并将这作为两个固定距离作为判定值，最近距离为Q₁（焊枪摆动至最左侧）和最远距离Q₂（焊枪摆动至最右侧）。在摆动器工作过程中，涡流判定器利用涡流测距原理，实时测量其与偏心块的距离值，而当这个值达到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。本发明的双枪摆动定位器利用涡流测量精度高，反应灵敏，提高了摆动电弧定位精度及时效性。

本发明设计的熔池检测控制系统，使检测更为自动化，实现了对熔池图像采集时刻的控制，为熔池检测提供了新思路。其工作方式如图3所示，内部包含同步控制器、可编程时间控制器和脉冲触发器。该系统通过同步控制器使得激光系统与焊接启停同步，且可依据焊接速度设定采集熔池图像的频率，防止采集的熔池图像过密集或过稀疏，提高检测效率。实现方式为：由可编程时间控制器设定脉冲触发器的开通时段及工作周期，只有在开通时段内脉冲触发器才能接收来自双枪摆动定位器的定位信号，该周期依焊接速度而定，开通时间长度为电弧左右摆动一次时间。而脉冲触发器在开通时段，一旦接收涡流判定器的产生的正脉冲（电弧在最右侧，最大限度避开弧光干扰），即控制成像系统打开快门，获得变形的激光条纹图像。