窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法技术

窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，属于智能焊接技术领域，本发明专利技术为解决现有机械触针式传感器易受热变形且无法避免坡口侧壁粘附金属颗粒造成的干扰，激光视觉传感器因几何尺寸和景深受限无法伸入坡口内部检测大厚板或壁构件根部间隙的问题。本发明专利技术获取坡口左侧、右侧、中心焊炬停留位置处的初始电流均值作为焊缝跟踪的基准数据，在新的焊接周期开启焊缝跟踪，PLC在焊接稳定后获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，获取实时焊接电流，依据判别的焊接模式，获取电流均值，去除特异点后与基准数据比较，对焊炬高度和焊炬水平分别进行跟踪，直至焊缝焊接完成。本发明专利技术用于对焊缝进行跟踪。

Seam tracking method for narrow gap gas shielded vertical welding

Narrow gap gas shielded vertical welding seam tracking method belongs to the field of intelligent welding technology. The invention solves the problem that the existing mechanical contact sensor is vulnerable to thermal deformation and can not avoid the interference caused by metal particles adhering to the side wall of the groove. The laser vision sensor can not extend into the groove to detect the root clearance of large thick plate or wall component due to the limitation of geometric size and scene. The method obtains the initial current mean at the left side, right side and central torch of groove as the reference data for seam tracking, opens seam tracking in the new welding cycle, and obtains the position of the torch after the welding is stable by PLC. When the torch stays at the left side of groove, the real-time welding current is obtained. According to the discriminated welding mode, the current mean is obtained, and after removing the special points, the welding torch can be tracked by PLC. By comparing the datum, the height and level of the torch are tracked respectively until the weld is completed. The invention is used for tracking the weld seam.

【技术实现步骤摘要】
窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法
本专利技术涉及一种焊缝跟踪方法，属于智能焊接

技术介绍
随着现代产业装备及国家重大工程向高容量、高参数的快速普及，产业装备和钢结构的大型化、重型化、高强化、厚板化已成为当今制造业的最重要特征，所带来的焊接工程量成几何级数增加，焊接生产效率与制造周期、制造成本之间的矛盾日益突出。大厚板和特厚板高效、优质、低成本焊接已成为当今制造技术发展的前沿领域。窄间隙熔化极气体保护焊(GasMetalArcWelding，GMAW)具有坡口填充面积小、熔敷效率高、焊接热输入低、可全位置焊接等综合技术优势，是解决生产效率与制造周期、制造成本间矛盾的最佳技术途径。由于坡口间隙较窄(通常20mm以内)，返修难度大，如何保证焊接过程低飞溅以及坡口双侧侧壁的稳定熔合是窄间隙GMAW关键所在。目前数字化电源和波形控制技术的发展，基本可以满足窄间隙GMAW低飞溅的焊接要求。不过，坡口侧壁的良好稳定熔合，则需要可靠和精确的焊缝跟踪技术。为解决窄间隙GMAW坡口侧壁熔合质量监控或焊缝跟踪问题，已有的技术主要有下述5种：(1)采用机械式探头，以旋转电位器为角位移传感器，将焊炬位置偏移通过机械检测(探针或导轮)放大变换为电量，以此判断焊炬是否严格居中；(2)采用电容式传感器，依次通过电容电压转换、滤波、放大、A/D转换等，提取焊炬纵向偏移信号和横向偏移信号；(3)采用激光视觉传感器，采集坡口、电弧图像，通过降噪、特征提取、模式匹配等图像处理，通过关键点数据导引焊炬对中；(4)采用声信号传感器，采集不同电弧-侧壁距离条件下的电弧声信号，通过信号降噪和处理，提取表征电弧-侧壁距离的特征量，以此间接判断焊炬对中情况；(5)采用电弧传感器，基于电弧自身电信号的变化规律，通过电流采样、比较来判断焊炬高度和水平偏差。技术(1)采用的机械探针或导轮易受熔池和电弧辐射而产生变形，且无法避免坡口侧壁粘附金属颗粒造成的干扰，主要用于窄间隙埋弧焊的焊缝跟踪；技术(2)和技术(3)涉及传感器与附属件的安装，受弧焊过程弧光、电磁、飞溅、烟尘等干扰，在焊炬可达性和检测范围方法受限；技术(4)易受生产现场环境噪声污染，数据治理困难，单独使用基本无效，也无法实现准确的定量描述；技术(5)在一般薄板对接或角接接头应用良好，但要求坡口角度基本在45°以上且以水平位置焊接电弧跟踪应用为主，这限制其在窄间隙GMAW中的应用。近年来，国内科研院校已开展窄间隙GMAW电弧跟踪策略、精度、稳定性和实时性等方面的研究，并取得了一定的结果，但基本停留在实验室阶段。尤其针对窄间隙GMA立焊焊缝跟踪未见报道，亟待技术突破及产业应用。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有机械触针式传感器易受热变形且无法避免坡口侧壁粘附金属颗粒造成的干扰，激光视觉传感器因几何尺寸和景深受限无法伸入坡口内部检测大厚板或壁构件根部间隙的问题，提供了一种窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法。本专利技术所述窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，该焊缝跟踪方法的具体过程为：S1、在人机交互界面输入焊接参数和跟踪参数，通过观察电弧稳定性和坡口两侧侧壁熔合质量，调节焊接参数和跟踪参数至满足焊缝成形要求；S2、开启焊炬，获取坡口左侧焊炬停留位置处的初始电流均值、坡口右侧焊炬停留位置处的初始电流均值和坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值，将三个初始电流均值作为焊缝跟踪的基准数据；S3、在新的焊接周期开启焊缝跟踪；S4、PLC获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，信号采集模块通过电流传感器感知焊接电流值，将焊接电流值发送至ARM处理器；S5、ARM处理器将电流信号转化为数字信号，根据电流变化规律判别焊接模式；S6、依据S5判别的焊接模式，获取坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL、坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR和坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC；S7、将S6获取的三个电流均值IL、IR和IC转化为实际电流值，并计算采样周期内三个电流均值IL、IR和IC的标准差；S8、将S7获取的标准差去除电流均值的特异点，重新计算去除特异点后的三个电流均值IL'、IR'和IC'；S9、信号采集模块通过串口将去除特异点的三个电流均值IL'、IR'和IC'发送至PLC；S10、将S9获取的去除特异点后的电流均值分别与S2获取的基准数据进行比较，对焊炬高度和焊炬水平分别进行跟踪；S11、重复执行S3-S10，直至焊缝焊接完成。优选的，S1所述焊接参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度和旋摆参数。优选的，S1所述跟踪参数包括电流比较量的允许波动范围和纠偏位移量；其中电流比较量的允许波动范围包括：对焊炬高度跟踪过程电流比较量的允许波动范围σ和对焊炬水平跟踪过程电流比较量的允许波动范围σ'；纠偏位移量包括：对焊炬高度跟踪过程纠偏位移量δ和对焊炬水平跟踪过程纠偏位移量δ'。优选的，S2的具体过程为：S2-1、PLC在焊接稳定后获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，信号采集模块通过电流传感器感知焊接电流值，将焊接电流值发送至ARM处理器；S2-2、ARM处理器将电流信号转化为数字信号，根据电流变化规律判断焊接是否开始，如果是则判别焊接模式；S2-3、依据S2-2判别的焊接模式，获取坡口左侧焊炬停留位置处的初始电流均值IL0、坡口右侧焊炬停留位置处的初始电流均值IR0和坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值IC0；S2-4、将S2-3获取的三个初始电流均值IL0、IR0和IC0转化为实际电流值，并计算采样周期内三个初始电流均值IL0、IR0和IC0的标准差；S2-5、将S2-4获取的标准差去除初始电流均值的特异点，重新计算去除特异点后的三个初始电流均值IL0'、IR0'和IC0'；S2-6、信号采集模块通过串口将去除特异点的三个初始电流均值IL0'、IR0'和IC0'发送至PLC；S2-7、PLC将IL0'、IR0'和IC0'进行首次备份，以首次备份的IL0'、IR0'和IC0'作为焊缝跟踪的基准数据。优选的，S6所述依据焊接模式，获取三个电流均值IL、IR和IC的依据为：当焊接模式为脉冲模式时，按脉冲周期分别求取坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL、坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR和坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC；当焊接模式为非脉冲模式时，按10ms为一个周期分别求取坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL、坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR和坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC。优选的，S10所述对焊炬高度进行跟踪的具体过程为：PLC接收去除特异点的坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC'，与去除特异点的坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值IC0'作差IC'-IC0'；将差值IC'-IC0'与电流比较量的允许波动范围σ进行比较：IC'-IC0'＞σ，则表明当前焊炬高度偏低，PLC控制焊炬按照纠偏位移量δ抬高；IC'-IC0'＜-σ，则表明当前焊炬高度偏高，PLC控制焊炬按照纠偏位移量δ降低。优选的，每个电弧移动周期，只进行一次焊炬高度跟踪比较。优选的，S10所述对焊炬水平进行跟踪的具体过程为：PLC接收去除特异点的坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL'和坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR'本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，其特征在于，该焊缝跟踪方法的具体过程为：S1、在人机交互界面输入焊接参数和跟踪参数，通过观察电弧稳定性和坡口两侧侧壁熔合质量，调节焊接参数和跟踪参数至满足焊缝成形要求；S2、开启焊炬，获取坡口左侧焊炬停留位置处的初始电流均值、坡口右侧焊炬停留位置处的初始电流均值和坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值，将三个初始电流均值作为焊缝跟踪的基准数据；S3、在新的焊接周期开启焊缝跟踪；S4、PLC获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，信号采集模块通过电流传感器感知焊接电流值，将焊接电流值发送至ARM处理器；S5、ARM处理器将电流信号转化为数字信号，根据电流变化规律判别焊接模式；S6、依据S5判别的焊接模式，获取坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL、坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR和坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC；S7、将S6获取的三个电流均值IL、IR和IC转化为实际电流值，并计算采样周期内三个电流均值IL、IR和IC的标准差；S8、将S7获取的标准差去除电流均值的特异点，重新计算去除特异点后的三个电流均值IL'、IR'和IC'；S9、信号采集模块通过串口将去除特异点的三个电流均值IL'、IR'和IC'发送至PLC；S10、将S9获取的去除特异点后的电流均值分别与S2获取的基准数据进行比较，对焊炬高度和焊炬水平分别进行跟踪；S11、重复执行S3‑S10，直至焊缝焊接完成。...

【技术特征摘要】
1.窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，其特征在于，该焊缝跟踪方法的具体过程为：S1、在人机交互界面输入焊接参数和跟踪参数，通过观察电弧稳定性和坡口两侧侧壁熔合质量，调节焊接参数和跟踪参数至满足焊缝成形要求；S2、开启焊炬，获取坡口左侧焊炬停留位置处的初始电流均值、坡口右侧焊炬停留位置处的初始电流均值和坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值，将三个初始电流均值作为焊缝跟踪的基准数据；S3、在新的焊接周期开启焊缝跟踪；S4、PLC获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，信号采集模块通过电流传感器感知焊接电流值，将焊接电流值发送至ARM处理器；S5、ARM处理器将电流信号转化为数字信号，根据电流变化规律判别焊接模式；S6、依据S5判别的焊接模式，获取坡口左侧焊炬停留位置处的电流均值IL、坡口右侧焊炬停留位置处的电流均值IR和坡口中心焊炬停留位置处的电流均值IC；S7、将S6获取的三个电流均值IL、IR和IC转化为实际电流值，并计算采样周期内三个电流均值IL、IR和IC的标准差；S8、将S7获取的标准差去除电流均值的特异点，重新计算去除特异点后的三个电流均值IL'、IR'和IC'；S9、信号采集模块通过串口将去除特异点的三个电流均值IL'、IR'和IC'发送至PLC；S10、将S9获取的去除特异点后的电流均值分别与S2获取的基准数据进行比较，对焊炬高度和焊炬水平分别进行跟踪；S11、重复执行S3-S10，直至焊缝焊接完成。2.根据权利要求1所述的窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，其特征在于，S1所述焊接参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度和旋摆参数。3.根据权利要求1或2所述的窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，其特征在于，S1所述跟踪参数包括电流比较量的允许波动范围和纠偏位移量；其中电流比较量的允许波动范围包括：对焊炬高度跟踪过程电流比较量的允许波动范围σ和对焊炬水平跟踪过程电流比较量的允许波动范围σ'；纠偏位移量包括：对焊炬高度跟踪过程纠偏位移量δ和对焊炬水平跟踪过程纠偏位移量δ'。4.根据权利要求3所述的窄间隙熔化极气体保护立焊焊缝跟踪方法，其特征在于，S2的具体过程为：S2-1、PLC在焊接稳定后获取焊炬位置，当焊炬在坡口左侧停留结束时，信号采集模块通过电流传感器感知焊接电流值，将焊接电流值发送至ARM处理器；S2-2、ARM处理器将电流信号转化为数字信号，根据电流变化规律判断焊接是否开始，如果是则判别焊接模式；S2-3、依据S2-2判别的焊接模式，获取坡口左侧焊炬停留位置处的初始电流均值IL0、坡口右侧焊炬停留位置处的初始电流均值IR0和坡口中心焊炬停留位置处的初始电流均值IC0；S2-4、将S2-3获取的三个初始电流均值IL0、IR0和...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰虎，侯军强，张华军，鄂世举，邵金均，张大维，田景红，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33