[发明专利]基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法

权利要求书

1.一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)采用定位夹具固定待焊工件，调整等离子焊枪空间位置使其位于工件上方，并且以平焊位姿对准薄壁端接接头的焊缝中心，启动脉冲微束等离子电源开始焊接；

2)采用单目同轴远心视觉传感系统，从脉冲微束等离子焊接熔池后上方拍摄熔池区域；

3)连续采集脉冲微束等离子焊接熔池正面图像，对熔池图像依次进行图像预处理、图像分割和熔池边缘检测步骤获取熔池视觉特征参数并储存至工业控制计算机，所述熔池视觉特征参数包括熔池长度L_poo和熔池宽度W_poo；分别采用霍尔传感器、气体流量传感器和光电码盘测速传感器采集脉冲微束等离子焊接主弧电流、等离子气流量和焊件旋转速度并输入至数据采集卡进行信号处理与运算，得到供机器识别的焊接过程参数并储存至工业控制计算机，所述焊接过程参数包括主弧峰值电流I_p、电流脉冲宽度P_i、主弧基值电流I_b、等离子气流量Q_pla和焊接速度V；

4)采用步骤3)中所述工业控制计算机根据熔池视觉特征参数和焊接过程参数与焊菇成形尺寸的非线性映射关系进行在线运算，得到焊菇宽度W_cal和焊菇熔深D_cal；

5)采用步骤3)中所述工业控制计算机根据步骤4)所述焊菇宽度W_cal与焊菇宽度期望指标W_set的差值以及焊菇熔深D_cal与焊菇熔深期望指标D_set的差值，采用PID控制算法、模糊控制算法、专家控制算法或无模型自适应控制算法进行计算，分别得到主弧电流脉冲调制参数的调节量包括主弧峰值电流调节量ΔI_p、主弧基值电流调节量ΔI_b和主弧电流脉冲宽度调节量ΔP_i，并作为控制指令输出至步骤1)中所述脉冲微束等离子焊接电源；

6)根据步骤5)中所述ΔI_p执行主弧峰值电流I_p的实时调整，实现焊菇熔深的闭环反馈控制；根据ΔI_b和ΔP_i分别执行主弧基值电流I_b和主弧电流脉冲宽度P_i的实时调节，实现焊菇宽度的闭环反馈控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：步骤2)中所述单目同轴远心视觉传感系统包括LED同轴平行远心背光源、复合滤光片组、工业远心镜头和高速CCD摄像机。

3.根据权利要求2所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：所述单目同轴远心视觉传感系统中的工业远心镜头为光学放大倍数为2至10倍的工业远心镜头，工作距离为110.0±2mm或65.1±2mm。

4.根据权利要求2所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：所述单目同轴远心视觉传感系统中的复合滤光片组包括808nm±30nm近红外窄带滤光片、中性减光片和吸热镜片。

5.根据权利要求1所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：所述单目同轴远心视觉传感系统的主光轴穿过熔池中心，该远心视觉传感系统的景深d满足d＞l·cosθ，其中l为熔池长度，θ为主光轴与熔池平面之间的夹角，

6.根据权利要求1所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：当焊接接头为单层金属薄片端接时，步骤5)中所述焊菇宽度期望指标W_set和焊菇熔深期望指标D_set采用下式计算：

D_set＝(0.9～1.4)·W_tes＝(2.2～3)×((0.9～1.4)·T)

式中：T为金属薄片厚度；当焊接接头为双层金属薄片端接时，W_set和D_set采用下式计算：

式中：为金属薄片平均厚度。

7.根据权利要求1所述的一种基于远心视觉传感的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于：步骤1)所述脉冲微束等离子焊接电源的主弧峰值电流和主弧基值电流的调节精度均小于等于0.02A，主弧电流脉冲宽度的调节精度小于等于0.1％。