一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法，它主要解决曲面堆焊中获取数据不精准，自动化质量不高的问题。其技术方案要点是：将旋转电弧传感技术与复杂曲面堆焊方法相结合，利用堆焊坡口识别传感器对坡口形貌进行采样，该传感器由信号采集装置、堆焊坡口识别控制器、不规则坡口自适应调节器组成；其中识别控制器预处理采样数据，采用动态增益积分法分析各采样数据得出复杂坡口两侧尺寸偏移变化量，采用对比自学习算法并结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的偏移量；同时自适应调节器结合复函数补偿模型分析的反馈信号，计算得到电弧旋转速度控制模型，实时调整电弧扫描有效范围以保证旋转电弧在复杂曲面上的自适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法
本专利技术属于焊接自动化领域，是一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法。
技术介绍
焊接技术在工业生产制造中非常重要，而其中的堆焊技术作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。我国现阶段堆焊技术的自动化水平不高，常用的堆焊生产方法以手工焊接为主，而自动化堆焊中常常因为复杂曲面堆焊层形貌复杂，坡口尺寸不规整，导致焊接电弧难以及时准确地扫描到有效范围，需要人工的参与调试才能保证复杂曲面自动堆焊工作的进行。为解决当下复杂曲面堆焊中存在的上述问题，提出一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法，该专利技术旨在通过对复杂曲面堆焊过程做出实时检测并自适应调节旋转电弧扫描范围，保证旋转电弧采样数据质量精准，确保堆焊过程的高效自动化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种旋转式自适应复杂曲面堆焊方法，该方法旨在解决曲面堆焊自动化中坡口形状复杂导致电弧扫描有效范围难以调整以及仅能实现在规整坡口上的堆焊自动化及其精确性和稳定性不高的问题，为此在现有的电弧传感技术的基础上，通过外加堆焊坡口识别控制器和不规则堆焊坡口自适应控制调节器，结合动态增益函数积分法和复函数补偿模型，提出了一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法。其技术方案是：将旋转电弧传感与复杂曲面堆焊相结合，利用堆焊坡口识别传感器对坡口形貌进行数据采样，该传感器由旋转电弧信号采集装置、不规则坡口自适应调节器、堆焊坡口识别控制器组成；堆焊坡口识别控制器对堆焊坡口形貌进行数据采样和信号预处理，采用动态增益积分法计算分析各采样数据得出复杂坡口两侧尺寸偏移变化量，采用对比自学习算法并结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的高度偏移量；同时，不规则堆焊坡口自适应调节器结合复函数补偿模型分析的反馈信号，计算旋转电弧调节幅度，并实时调整电弧扫描有效范围。本专利技术所述的堆焊坡口识别控制器，用于复杂曲面堆焊过程中实时检测坡口动态变化，由于当前极少有将旋转电弧用于自动化堆焊中，且自动化堆焊中的识别技术较为粗糙，缺乏高精度，实时性的堆焊表面识别理论研究，如公开号为2016103351174的“基于磁控旋转电弧传感的自寻路径复杂曲面堆焊方法”专利技术专利，在其焊接过程中，存在识别精度不高，不能准确分析出堆焊坡口两侧具体尺寸变化量，再如公开号为2016102185656的“基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法”专利技术专利，多是通过数学理论对识别过程进行阐述，实现较为困难且意义不大。本专利技术所述的堆焊坡口识别传感器正是针对于上述问题所做的解答，其特征是：堆焊坡口识别控制器由数据接收处理器、数据运算处理器组成，堆焊时，安装在焊枪轴上的电弧信号采集装置同步获取焊接电流数据，数据接收处理器将堆焊采样点数据进行等时预处理，即通过等时间隔获取脉冲将一个电弧旋转扫描周期T进行分区得到各子周期Tij(i为第i个旋转周期，j＝1,2,3,4,5,6,7,8)，并提取特征电流信号值，形成数据样本；在此提出动态增益积分法，数据运算处理器将表征坡口两侧变化的子周期(Ti1、Ti8)和(Ti4、Ti5)前后两个时刻的电流信号进行动态增益积分，得到堆焊过程中表征坡口左右两侧尺寸变化量的电信号偏差ΔIl和ΔIr，引入动态增益系数k(t)即可得到表征坡口左右两侧变化量的电信号偏差ΔL和ΔR，其中同时为了保证焊炬在复杂曲面上的自适应性，防止断弧或碰枪，需要实时调整焊炬在轴线方向上的位置，由于焊炬相对于复杂曲面的高度发生变化时，整个电弧旋转周期内的电信号均会发生变化，由此则需要考量全部子周期的电信号动态变化，本专利技术所述的堆焊坡口识别控制器，其中的数据运算处理器通过采用对比自学习算法，比较前后两个相邻时刻周期的电信号动态差值ΔI＝Ii-I(i-1)，并结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的高度偏移量Δh＝Hi-1-Hi(Hi为i时刻焊炬高度，Hi-1为i-1时刻焊炬高度)，通过上述识别过程，可实现在复杂多变的曲面堆焊过程中实时地传递堆焊坡口信息，以达到高精度的堆焊表面形貌识别。本专利技术所述的不规则堆焊坡口自适应调节器，用于调节焊接旋转电弧扫描有效范围，以保证在复杂曲面堆焊坡口尺寸发生变化时旋转电弧在其上的自适应性；目前堆焊过程中多是通过调节焊炬旋转或者摆动幅度来调节焊接区域和采样点范围，如公开号为2016101391478的“一种基于磁控旋转电弧传感的自动化堆焊方法”专利技术专利，但当前这种通过机械控制调整的方式难免造成器械磨损和不够精准的问题，针对该问题，本专利技术提出一种不规则堆焊坡口自适应调节器，其特征是：该装置由旋转电弧调节模块和电弧旋转幅度控制模块组成，复杂曲面堆焊坡口尺寸变化时，根据堆焊坡口识别控制器的输出特性，即前后两个时刻坡口两侧动态变化量，验算其变化量方差通过验算结果即Dc的值可知道堆焊坡口尺寸变大、变小或不变；在本专利技术中提出复函数补偿模型：关于坡口尺寸变大、变小或不变，复数i取1、-1、0，i值确定后即可得到基于复函数补偿模型反馈的坡口变化量当电弧以一定频率在工件上旋转时，结合上述补偿模型分析的反馈信号，可得到旋转电弧速度控制模型或(运算过程见后具体实施方式)，据此运算结果旋转幅度控制模块计算调节量，并由旋转电弧调节模块实时智能调整，经过上述判别调节过程，可使得旋转电弧在堆焊过程中实时地调节扫描范围大小，且其调节方式更加精准有效，可达性高。本专利技术所述一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊的具体方法:将旋转电弧传感与复杂曲面堆焊相结合，旋转电弧信号采集装置从动于焊炬，电弧以一定频率在堆焊坡口上旋转，初始位于复杂表面起焊点，堆焊坡口识别控制器和不规则堆焊坡口自适应调节器同步工作，旋转电弧信号采集装置获取堆焊工件上的焊接电流数据并将其传输至堆焊坡口识别控制器，堆焊坡口识别控制器按照等时间隔获取脉冲将电流信号实时分区并提取其特征信号，得到数据样本Tij(i为第i个旋转周期，j＝1,2,3,4,5,6,7,8)，即为Ti1,Ti2,Ti3,Ti4,Ti5,Ti6,Ti7,Ti8；由于焊接方向为x方向，则垂直于焊接方向为y方向，则表征坡口变化量的电信号区间可以指定为(Ti4、Ti8)和(Ti4、Ti5)，根据提出的动态增益积分法分析计算上述指定区间的电流信号积分数据，引入线性增益系数k(t)，得出复杂坡口两侧尺寸实时偏移变化量；除此之外还需要考量整个周期内的电信号变化量，采用对比自学习算法结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的高度偏移量，通过主控驱使Z轴步进电机调整焊炬高度防止碰枪或断弧；与此同时，不规则堆焊坡口自适应调节器结合复函数补偿模型分析的反馈信号，本专利技术中反馈信号表示为坡口两侧电信号动态变化量的数学方差Dc，且通过焊接物理模型判断坡口的变化趋势(变大，变小，不变)，从而确定补偿模型中复数i的取值(1，-1,0)通过上述判断口准确得出旋转电弧调节幅度，从而计算获得旋转电弧运动控制模型，通过其电弧旋转幅度控制模块计算调节量，并由旋转电弧调节模块实时调整扫描有效范围以保证旋转电弧在复杂曲面上的自适应性。本专利技术的有益效果是：本专利技术旨在解决复杂曲面堆焊自动化中坡口形状复杂导致难以实时识别且电弧扫描有效范围难以有效控制的问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法，适用于复杂曲面堆焊，其特征是：该方法将旋转电弧传感技术与复杂曲面堆焊方法相结合，利用堆焊坡口识别传感器对堆焊坡口形貌进行数据采样，该堆焊坡口识别传感器由旋转电弧信号采集装置、堆焊坡口识别控制器、不规则坡口自适应调节器组成，并固联于焊炬上端；通过旋转电弧信号采集装置和堆焊坡口识别控制器对堆焊坡口形貌进行数据采样和信号预处理，采用动态增益积分法计算分析各采样数据得出复杂坡口两侧尺寸偏移变化量，采用对比自学习算法结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的高度偏移量；同时，不规则堆焊坡口自适应调节器结合复函数补偿模型分析的反馈信号，计算旋转电弧调节幅度，实时调整电弧扫描有效范围以保证旋转电弧在复杂曲面上的自适应性。

【技术特征摘要】
1.一种旋转电弧式自适应复杂曲面堆焊方法，适用于复杂曲面堆焊，其特征是：该方法将旋转电弧传感技术与复杂曲面堆焊方法相结合，利用堆焊坡口识别传感器对堆焊坡口形貌进行数据采样，该堆焊坡口识别传感器由旋转电弧信号采集装置、堆焊坡口识别控制器、不规则坡口自适应调节器组成，并固联于焊炬上端；通过旋转电弧信号采集装置和堆焊坡口识别控制器对堆焊坡口形貌进行数据采样和信号预处理，采用动态增益积分法计算分析各采样数据得出复杂坡口两侧尺寸偏移变化量，采用对比自学习算法结合旋转电弧焊接静态模型公式得到在焊炬轴线方向上的高度偏移量；同时，不规则堆焊坡口自适应调节器结合复函数补偿模型分析的反馈信号，计算旋转电弧调节幅度，实时调整电弧扫描有效范围以保证旋转电弧在复杂曲面上的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，陈实，李鹏，屈原缘，谭炽泉，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43