[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

摘要

本发明提供了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，属于焊接质量控制技术领域。本发明针对薄壁端接接头脉冲微束等离子焊接过程中能量参数波动和散热条件变化等状况导致的焊接过程不稳定和焊缝成形不均匀难题，采用单目同轴远心视觉传感系统获取清晰的焊接熔池正面瞬态图像，基于熔池正面瞬态图像及焊接过程多电量参数与焊菇成形特征参数的映射关系对主弧电流脉冲调制参数进行实时调节，实现端接微束等离子焊接焊菇成形的精确控制。本发明能够提高焊接产品的质量可靠性与一次焊接合格率，可应用于航空航天制造等领域薄壁金属精密构件的端接微束等离子焊接过程中，尤其适用于超薄壁膜盒和波纹管等弹性元件的精密焊接场合。

主权项

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Lpoo和熔池宽度Wpoo；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Ip、电流脉冲宽度Pi、主弧基值电流Ib、等离子气流量Qpla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Wcal和焊菇熔深Dcal；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Wcal与焊菇宽度期望指标Wset的差值以及焊菇熔深Dcal与焊菇熔深期望指标Dset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ΔIp、主弧基值电流调节量ΔIb和主弧电流脉冲宽度调节量ΔPi，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ΔIp执行主弧峰值电流Ip的实时调整，实现焊菇熔深的闭环反馈控制；根据ΔIb和ΔPi分别执行主弧基值电流Ib和主弧电流脉冲宽度Pi的实时调节，实现焊菇宽度的闭环反馈控制。