基于PC控制的窄间隙GMAW焊缝跟踪系统

窄间隙焊接的一个难点在于在焊接过程中如何保证焊枪严格对中焊缝，作者开发了一种基于PC控制的闭环焊缝跟踪系统。通过性能测试，系统跟踪精度达到设计目标。死区设置既保证焊抢对中精度，又可以抗坡口侧壁粘附金属颗粒造成的干扰。     

基于PC控制的焊丝弯曲机构

窄间隙焊接的一个难点在于如何保证坡口侧壁均匀熔透，要解决这一难点，需要使电弧在两侧壁之间来回摆动。本课题研制的窄间隙熔化极气体保护焊（N－GMAW）焊接设备中，选择了折弯焊丝的方法，并为之设计了一套基于PC控制的焊丝弯曲机构。该机构结构紧凑，参数设置灵活，适用范围广，使用效果好。     

窄间隙P-MAG焊电弧行为及信号传感特征分析

通过试验研究了坡口角度对电弧形态、熔滴过渡以及电弧信号特征的影响规律.结果表明,坡口角度越小磁偏吹越严重,并引起了熔滴过渡路径和电弧信号的改变.分析了窄坡口P-MAG摆动焊接的信号特征,发现当焊枪摆动中心偏离焊缝中心时,焊枪摆动到左右极限位置时的电弧信号存在明显差异——在焊枪偏向侧壁的一侧,焊枪远离侧壁运动过程中的电弧特征参数变化率远大于焊枪朝向侧壁运动过程电弧参数变化率,而在焊枪远离侧壁的一侧,侧壁位置的电弧参数不存在这种差异.焊枪偏离焊缝中心时在左右极限位置的电弧信号差异可以用来跟踪焊缝中心.     

窄坡口MAG焊摆动宽度对电弧行为特性的影响

以窄坡口焊枪摆动数学模型和焊丝熔化模型为基础,建立窄坡口MAG焊枪摆动系统的电弧长度数学模型。进行射流过渡和短路过渡条件下不同焊枪摆动宽度的焊接试验。通过高速摄像系统得到电弧和熔滴图像,分析焊枪摆动宽度对电弧和熔滴过渡的影响。利用建立的数学模型模拟电流、电压和弧长随时间变化的规律,对焊枪摆动宽度为3 mm时的短路过渡焊接试验中的电弧和熔滴现象进行理论解释。研究发现,在侧间距(焊丝到侧壁的距离)为0~0.5 mm时,电弧燃烧稳定,熔滴过渡平稳,焊缝质量良好。     

窄间隙埋弧焊的磁控与电感复合式焊缝跟踪方法

针对窄间隙埋弧焊焊缝横向和高低跟踪中存在的问题,设计一种基于电感原理的新型电磁传感器,通过初级线圈磁场控制电弧摆动扫描焊接坡口,采集电流信号经过单片机处理后获得焊枪的左右偏差,控制左右调节滑块的水平运动,能够较好地解决窄间隙焊缝焊接时侧壁不易熔合的问题;通过次级线圈感应电动势的变化反映焊炬的高低位置信息,实时识别焊枪相对焊缝的高低偏差,根据焊枪高低位置变化情况,进行PID算法设计,使系统能够快速平稳实现左右和高低双向跟踪. 结果表明,该传感器结构简单,灵敏度高,抗干扰能力强,为厚板窄间隙埋弧焊的跟踪提供了一种新的解决方案.     

一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法

薄板搭接的焊缝自动跟踪一直以来都是焊接领域的一个难点,针对其特点提出了一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法,该方法是采用外加横向交变磁场来控制焊接电弧左右摆动扫描搭接坡口并通过检测焊接电流的变化规律来检测焊缝的偏差信号.分别采用双级二阶巴特沃思硬件滤波和小波滤波软件处理,并进行相关对比,最终选定小波阈值降噪滤波处理方法.针对薄板搭接特点和磁控电弧摆动规律,提出了一种基于中点均分面积积分单边比较法和焊枪控制法相结合的焊缝偏差控制方法.通过实际的焊缝跟踪试验表明,这种磁控电弧焊缝自动跟踪方法在薄板搭接上具有独特的优势.     

基于高速摆动电弧传感器的GMAW焊缝跟踪技术研究北大核心

针对现有的摆动电弧传感器普遍存在的频率较低问题,研制了特种电机直接驱动的高速摆动电弧传感器,焊枪结构简单,摆动频率高。建立了以工控机为核心的、基于摆动电弧传感器的GMAW焊接焊缝跟踪系统.编制了人机接口界面,通过对焊接电流信号采集和处理,进行焊缝偏差提取,采用PID控制有效地实现了焊缝跟踪。     

新型摆动电弧窄间隙GMAW焊缝成形研究

研究开发了一种新型摆动电弧窄间隙GMAW焊接系统,该系统通过控制电弧在窄间隙坡口内横向摆动从而增强对侧壁金属的直接热输入,改善侧壁熔合.结合试验,探讨了电弧摆动、热输入以及焊接速度对焊缝成形的影响,结果表明,采取合适的焊接工艺可以得到表面下凹、侧壁熔合良好的焊缝,同时提高了焊接效率.     

图象处理在窄间隙MIG/MAG焊在线检测中的应用

作者采用电弧直接视觉传感器和图象处理的方法成功地对窄间隙气体保护焊摆动焊接过程进行了在线检测。每秒钟采样和处理图象25～30帧,可检测出焊丝端横向摆动的轨迹,计算出焊丝摆动范围及其对坡口两侧壁的偏差。检测的结果不仅可做为理想的控制信号,实现电弧摆动对侧壁的自动跟踪,而且为进一步研究电弧摆动状况对焊接参数、焊接质量的影响及其实时控制提供了新的手段。     

不同电源下焊丝偏移对超窄间隙焊接电弧稳定性和焊缝成形的影响

为了解在平特性和下降特性弧焊电源下,焊丝偏移对于超窄间隙焊接电弧稳定性和焊缝成形的影响,在放置焊剂带的I形坡口中,使焊枪在焊接过程中向一侧偏移一定距离进行熔化极电弧焊试验。结果表明,焊丝偏移量是影响电弧稳定性和焊缝成形的关键因素;当焊丝偏移量较小时,无论是平特性还是下降特性电源,电弧的作用范围较好地分布在坡口侧壁和底部,电弧稳定性较强,焊缝成形较好;当焊丝偏移量逐渐增大时,平特性电源电弧作用范围偏向侧壁,根部熔合不良,而下降特性电源作用范围略偏向一侧,但仍然可以保证坡口底部和侧壁的熔合。     

基于嵌入式DSP视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制

针对坡口加工及焊接变形等因素引起的焊缝坡口宽度不确定性变化影响焊缝成形的问题,建立了基于嵌入式DSP(digital signal processor)视觉伺服平台的管道MIG打底焊焊缝成形控制系统.所设计的视觉伺服平台采用TMS320DM642实现焊接熔池区域图像的采集与处理,采用TMS320F2812实现焊枪位姿和焊接工艺参数的实时调整.设计了专门的图像处理算法,分离并提取熔池、焊缝和焊丝的位置信息.通过对焊缝坡口宽度变化的视觉检测,实时调节焊接速度、焊枪摆动宽度和中心位置等参数,获得了外观良好、X光检验合格的焊缝成形.     

旋转电弧水下药芯焊丝电弧焊的智能化焊接系统

论述了基于旋转电弧传感的湿法水下电弧焊V形坡口焊缝跟踪技术.搭建了基于旋转电弧传感器的水下焊缝自动跟踪试验系统的硬件平台,确定了浅水水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW))的工艺参数.利用焊接电流区间积分差值法进行焊枪水平偏差和竖直偏差的判别,通过数字信号处理来提高信号的稳定性、可靠性和一致性;通过理论和试验数据的分析,得到了水平和竖直方向的偏差判别方法;设计了模糊控制器和复合PID控制器,通过不同条件下的试验证明了以上工作的有效性.     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

摆动跟踪传感器在全位置焊接中的应用

根据全位置焊接和一般开坡口焊缝焊接的施焊特点,设计了一种接触式的摆动跟踪传感器,该传感器采用一种光电传感器作为获取坡口侧壁的信号,并且通过实现探针在与坡口侧壁接触时控制探针回摆,从而降低了探针的磨损。     

药芯焊丝水下焊接焊缝跟踪视觉传感系统的设计

为满足药芯焊丝水下焊接自动化的需要,研究了用于水下焊缝自动跟踪的视觉传感系统。该系统较好地解决了药芯焊丝水下焊接弧光对焊缝图像传感的干扰问题,能获取较清晰的焊缝图像。采用基于图像分割的边缘检测技术成功地提取了焊接电弧和待焊焊缝的边缘,使用该系统可获得电弧和待焊焊缝的偏差信息,为进上步实现药芯焊丝水下焊接焊缝的自动跟踪控制打下了基础。     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.     

计算机控制的窄间隙MIG焊跟踪系统

本文根椐窄间隙脉冲射流焊接中电流波形的实测结果,分析和论证了电流的变化规律,提出以电流的瞬态变化作为控制参量,实现电弧对焊缝侧壁的跟踪,以消除由于焊丝弯曲引起的跟踪误差,文中论述了以单板机为主体组成的跟踪系统,实现窄间隙熔化极射流过渡焊接自动跟踪的方法。     

基于被动视觉的焊接过程多信息检测系统

针对焊接过程控制的要求,提出了一种基于被动视觉的焊接过程多信息检测系统,系统由工业CCD摄像机、窄带光学滤光片、计算机系统等组成,窄带滤光片以弧光较弱的950 nm为中心波长,以减少焊接过程中弧光的干扰,获得清晰的焊接图像.在焊接过程中,系统通过视觉信息对焊缝、电弧、熔池和焊丝等进行实时检测,提取电弧摆动的中心位置偏差、幅度偏差和角度偏差等多个特征参数,以此对焊枪进行控制,使得电弧的摆动中心和焊缝中心一致,摆动平面和焊缝中心垂直,摆动幅度和焊缝宽度相适应,避免了焊接过程的夹渣和未熔透等缺陷,保证了良好的焊后成形质量.     

核电CV厚板窄间隙摆动自动焊接工艺参数研究

CAP1400核电站CV模块钢板(SA-738 Gr.B)窄间隙自动焊具有填充量小、焊接效率高的特点。首先采用特制的窄间隙焊枪开展单一变量试验,研究窄间隙坡口内摆动速度、侧壁停留时间、焊接电流、焊接速度和焊丝尖端到侧壁距离等参数对焊缝熔深、余高和侧壁熔深的影响规律。结果表明,在窄间隙坡口内,摆动速度对焊缝熔深的影响最大;焊接电流和焊接速度对余高影响最大;焊丝尖端到侧壁距离对侧壁熔深影响最大,并确定了最优焊接参数范围。其次采用最优参数对试板进行焊接并测试其力学性能,结果表明,其拉伸性能及冲击性能均高于母材要求值。这为后续进一步进行CV窄间隙自动焊工艺工程应用研究提供了理论基础和参考。     

窄间隙CO2气体保护焊的磁控焊缝跟踪方法

针对单道多层窄间隙焊接中的焊缝对中和变侧壁宽度的侧壁融合的问题，建立了窄间隙CO2气体保护焊的电弧长度数学模型. 通过MATLAB仿真出电弧长度和焊接电流变化曲线，模拟焊接电流在两侧壁发生突变的特点，提出一种横向跟踪方法. 以1/4周期内电流变化斜率Ki>C的时间点作为电弧到达侧壁的标记，累计电弧从焊枪中心摆动到此时的脉冲数NL和NR，对NL和NR进行相关运算得到横向偏差信息，以数字电位计AD51113为基础设计了电磁传感器磁场强度调节装置. 结果表明，利用系统进行的焊缝跟踪效果良好，磁场调节效果稳定，为窄间隙CO2气体保护焊的跟踪提供一种新的解决方案.