[发明专利]一种电弧增材堆积作业监测系统

说明书

本发明涉及电弧增材制造领域，更具体地，涉及一种电弧增材堆积作业监测系统。本发明能够对电弧增材过程中的焊接状态进行监测，在电弧增材堆积中加入电流传感器和温度传感器对焊接过程信息采集和处理，增材冷却期间通过对数据处理提取焊接电流的稳定程度和冷却温度阈值，生成反馈信号传递给上位机来调整下一层电弧增材的焊枪位置以及冷却时间，重复上述工作，完成电弧增材的成形控制。从而制造出成形质量较好地电弧堆积产品，极大提高了自动化生产程度。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造领域，更具体地，涉及一种电弧增材堆积作业监测系统。

背景技术

电弧增材过程中稳定状态会直接影响焊缝堆积成形的质量。目前常用的焊接过程的状态检测大多采用高速相机拍摄焊接熔池，观测熔池的状态变化来判断焊接状态的稳定程度。但是该方法采用的高速相机设备昂贵，电弧增材过程中的强弧光干扰会对图像采集造成极大影响，在线采集图像占用大量计算机数据输入通道，相应的图像处理算法复杂耗时，不利于在线实时传输反馈信号给计算机来控制焊枪的位置信息。

发明内容

为了解决现有技术中采用视觉检测的方法来检测溶池状态易受强弧光干扰和处理算法复杂的不足，本发明提供了一种一种电弧增材堆积作业监测系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种电弧增材堆积作业监测系统，包括焊机、焊枪以及作业平台，所述的焊机的输出端分别与焊枪输入端以及作业平台的输入端相连接，所述系统包括温度传感器、电流传感器、模数转换模块以及上位机；所述的温度传感器安装于作业平台上，所述的电流传感器的检测端与焊机相连接；所述的温度传感器的输出端以及电流传感器的输出端分别与模数转换模块的输入端相连接；所述的模数转换模块的输出端与上位机的输入端相连接，所述的上位机输出端与焊机的输入端相连接；

所述的温度传感器用于采集电弧增材堆积过程中焊缝的温度；所述的电流传感器用于采集焊机的输出电流；所述的模数转换模块用于将温度传感器以及电流传感器采集到的模拟信号转化为数字信号；所述上位机用于对采集到的数字信号进行分析检测，根据分析结果发送控制指令至焊机，焊机根据指令控制焊枪以及作业平台的工作。

优选的，所述的温度传感器采用热电偶温度传感器。

优选的，所述的作业平台为三轴运动作业平台，通过设置三轴运动平台，焊枪与增材堆积层之间的距离，提高作业的精度。

优选的，所述的上位机对采集到的电流信号的处理过程如下：

对采集的电流信号做经验模态分解，计算过程如下：

其中x(t)为原始电流信号，c_i(t)为不同频率内容的本质模态函数IMF，r(t)为残差；首先找出x(t)的所有极值点，用插值法对极小值点形成下包络emint(t)，对极大值形成上包络emax(t)，然后计算均值m(t)＝(emint(t)+emax(t))/2，抽离细节d(t)＝x(t)-m(t)，最后对残余的m(t)重复上述步骤，直到d(t)的均值为0；

计算电流信号经验模态分解的能量熵，计算如下：

i表示进行经验模态分解的次数，E_i表示不同本质模态函数IMF对应的能量，imf表示本质模态函数，t为时间，p_i表示不同IMF的能量值占总能量的比重，H_en为电流信号的经验模态能量熵，电流信号的能量熵反映了电流的集中程度，即电弧的稳定状态，当焊接不稳定时，电流能量熵会逐渐增加，焊接过程会出现异常的熔滴过渡和金属飞溅，此时上位机通过控制焊机调节焊枪位置，降低焊枪与焊件的高度差。