旋转电弧传感理论数学模型研究及展望

旋转电弧传感器是焊缝自动跟踪系统中的关键部分,建立精确系统数学理论模型是准确识别焊炬姿态和焊缝左右偏差的前提。详细讨论了焊接电源、焊丝干伸长、焊接电弧、接头几何形状等关键因子对模型的影响,阐述了现有旋转电弧传感GMAW焊接系统数学理论模型的基本思路,提出进一步提高模型精度的改进策略,为获得更精确的旋转电弧传感数学理论模型打下基础。     

高速旋转电弧传感器

介绍了一种高速旋转电弧传感器，与现有的同类传感器相比，具有结构紧凑，灵敏高度的特点，并叙述了电弧传感器的信号处理技术的控制系统，用此技术构成的电弧传感器跟踪控制系统可直接用在生产上。     

低频旋转电弧传感器焊缝跟踪技术

介绍了低频旋转电弧传感器辉缝跟踪技术。该技术通过对旋转半径的调整及对电弧传感器偏心机构修改；对调节判断周期、采样位置及采样点数进行调整；运用最小值滤波对采样电流信号进行处理以保证在低频下实现焊缝跟踪。试验证明：该技术控制可靠．焊缝跟踪效果好。     

基于机器人旋转电弧传感器跟踪仰焊焊缝

为了提高焊接的质量和效率,必须实现机器人对仰焊焊缝的自动跟踪. 利用组合滤波的方法对焊接电流进行滤波. 采用最小二乘法对第16个采样点至第48个采样点进行线性拟合,拟合直线的斜率作为偏差. 以偏差和连续三次偏差之和作为模糊控制器的输入,以水平滑块伸缩速度对应的脉冲数作为模糊控制器的输出. 连续三次偏差的绝对值都大于0.9时,认为到达焊缝终点. 进行了仰焊焊缝跟踪试验、仰焊焊缝终点检测和流水孔的通过试验. 结果表明,利用该算法,机器人跟踪仰焊焊缝的准确度高,可靠性好,能够准确地识别出仰焊焊缝终点和通过流水孔.     

基于旋转电弧传感器的水下焊接电流信号特征

为了实现基于旋转电弧传感器的水下自动焊接,并获得良好的焊缝成形和较高的跟踪精度,必须确定水下焊接时的最佳焊接工艺参数。本文着重研究了水下焊接旋转电弧传感器的焊接电流、旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径4个主要影响因素对焊缝成形和电流信号特征的影响。通过正交试验的方法,以水下焊接的焊缝成形和电流信号特征的好坏作为评价指标,确定了最优焊接工艺参数,为后续焊缝跟踪提供试验依据。     

电弧传感器的发展状况及应用前景

综述了电弧传感器的发展与研究现状,并详细介绍了电弧传感原理、弧焊过程的数学模型以及电弧传感器在焊缝跟踪中的信号处理方法和智能控制技术,特别论述了旋转电弧传感器的发展过程及其在焊缝跟踪的应用研究,提出了旋转电弧传感器在弧焊机器人中具有广泛的应用前景。     

基于旋转电弧传感的焊缝偏差信息提取方法

介绍了旋转电弧传感器焊缝偏差信息提取的基本原理.为减小熔池扰动对焊接电流的影响,提出了"四分圆周采样法",并分析了这种采样方法的实现过程;提出一种新的CO2焊接电流信号处理方法——"双模拟滤波+指数平滑数字滤波".分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息.结果表明,基于"四分圆周采样法"和"双模拟滤波+指数平滑数字滤波"的焊缝偏差信息提取方法的焊缝偏差计算结果可以用于焊缝跟踪.     

基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测

针对磁控摆动电弧扫描焊缝获取有用信息量少的问题,提出了一种基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测方法. 文中简述了磁控旋转电弧传感器的基本原理,对磁控旋转电弧的运动轨迹进行了仿真,利用位置传感器对电弧进行定位,采用四分圆周采样法,运用Kalman滤波原理进行滤波处理,分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息,并引入加权预测矫正因子对焊缝的偏差信息进行预测矫正. 结果表明,该方法用于磁控旋转电弧焊缝自动跟踪可行,提高了焊缝跟踪的精度,为预测方法用于焊缝偏差算法提供了科学依据.     

基于摆动旋转电弧的焊枪空间姿态识别

通过对现有电弧传感器的扫描信号进行深入研究,提出了一种摆动旋转电弧传感器,在分析其信号特点的基础上,推导出焊枪空间姿态与弧长变化之间的数学关系,建立了该电弧传感器的弧长数学模型.考虑到焊接电弧信号的特点与复杂性,采用了Gabor小波滤波器来消除信号中的噪声干扰,并对滤波后的采样数据进行了特征向量提取,降低了数据的维度,根据欧式距离的原理设计了焊枪姿态分类器,采用模型参数的最速下降法对焊枪的空间姿态进行了实时识别.结果表明,摆动旋转电弧传感器的焊枪空间姿态识别算法简单、获取信息量大,为提高焊缝跟踪的精度提供了理论依据.     

双轴机器人旋转电弧传感直线焊缝跟踪仿真研究

基于高精度双轴机器人旋转电弧传感焊接系统及PID控制策略,建立其系统虚拟样机联合控制仿真模型,以跟踪V形坡口直线焊缝为例,在模型中提取焊炬高度变化关系和焊接点坐标数值,采用特征平面法获取引入干扰的焊缝左右偏差,整定PID参数控制双轴机器人移动平台,进行焊接跟踪仿真,可知当偏差e=1时最大跟踪误差为0.0038mm,平均误差为0.0007217 mm。结果表明,采用虚拟样机技术考虑焊接系统动态特性和特征平面法获取焊缝左右偏差可以保证跟踪精度,有利于焊缝自动跟踪的研究,并可以节省成本,为焊接自动化水平的提升贡献新思路。     

磁控电弧传感器对埋弧焊熔宽的影响

以磁控电弧传感器模型为基础,建立了磁控电弧传感器焊缝跟踪系统的细丝埋弧焊熔宽数学模型.利用该数学模型研究横向交变磁场下焊缝熔宽的变化规律,选取模型中的主要参数进行焊接试验,得到励磁频率和励磁电流对焊缝熔宽影响规律曲线,并将仿真模拟结果与实际焊接试验结果进行比较分析.结果表明,熔宽随励磁电流的增大而增大,随励磁频率的增大而减小;模拟结果和实际焊接试验结果基本吻合,从而验证了所建模型的正确性,为磁控传感器和细丝埋弧焊焊缝跟踪系统的设计和开发提供必要的理论指导.     

旋转电弧传感弯曲焊缝移动焊接机器人结构设计

设计了一种基于旋转电弧传感的弯曲焊缝轮式移动焊接机器人机构，采用中间两轮差速驱动，前后对称布置一万向轮的结构，增加了机构的灵活性并降低了控制的难度；用两个直流伺服电机控制十字滑块实现左右与上下运动，采用旋转电弧传感器使焊枪与传感器一体，不仅结构紧凑，而且具有实时性。支撑焊枪的支板采用组合装配方式，对于折角变化频繁或折角较大的焊缝使用增加一转动关节的支板。该机器人结构紧凑、灵活，可实现对平面弯曲船形焊缝及各种平面弯曲角焊缝的自动焊接。     

熔池表面变形对电弧行为特征的影响

在电弧与熔池统一模型的基础上研究熔池上表面变形对电弧行为特征的影响。用本模型计算出的平坦熔池表面电流密度和热流密度的分布与试验结果显示了很好的一致性。而变形熔池表面的电流密度和热流密度分布则不再符合近似的高斯分布。这就为下一步研究电弧和熔池的工作提供了基础。     

基于旋转电弧传感器的角焊缝跟踪

为了提高基于旋转电弧传感机器人跟踪角焊缝的准确度,解决基于水平滑块伸缩跟踪焊缝时水平滑块行程不够的问题. 通过组合滤波方法,可以滤除焊接电流中的大部分噪声. 利用最小二乘直线去拟合某些采样点,用拟合直线的斜率进行偏差识别. 以偏差和最近三次偏差之和作为模糊控制器的输入量,经过模糊化,模糊推理,单点集重心法使模糊量清晰化,完成了模糊控制器的设计. 再通过两轮差速运动跟踪角焊缝. 最后进行了角焊缝的跟踪. 结果表明,利用该方法,解决了跟踪焊缝时水平滑块行程不够的问题,基于旋转电弧传感机器人跟踪角焊缝的可靠性好,准确度高.     

Analysis of weld pool vibration characteristics in pulsed gas metal arc welding

Using highspeed camera image measuring and processing, the contour of the weld pool was extracted accurately in pulsed metal inert gas (P-MIG) welding. Based on this extraction method, time and frequency domain characteristics at different points along the contour of the weld pool were analyzed for one pulse one droplet and one pulse two droplets, respectively. The results show that, because of the wave super position that was created by the pulsed arc and droplet impacting the weld pool, the oscillation amplitude along the weld pool fluctuated and decreased with an increase in distance from the point to the arc center. The oscillation near the arc center was complex and intense for one pulse two droplets, and the amplitude were relatively small because the oscillation caused by the pulsed arc could be offset by the molten droplet impact. The weld pool oscillation that was caused by the pulsed arc was stronger than that caused by the droplet.     

旋转电弧传感焊炬空间姿态与仿真分析

为了使得旋转电弧传感焊炬便于在狭小空间进行焊接作业,焊炬空间姿态信息分析及识别处理研究必不可少. 通过建立焊炬高度数学模型,分析在不同焊炬跟踪角、焊炬工作角、焊炬行走角、焊缝左右横向偏差、坡口夹角的情况下焊炬高度变化关系及对焊缝偏差提取精度的影响. 仿真结果表明,对于偏差识别精度,焊炬工作角影响最大,其它均在合理范围之内. 但在焊炬空间姿态均有所变化时,偏差识别精度不稳定. 基于此为焊炬空间姿态信息合理解耦和精确识别提供了理论依据.     

Mathematical model and simulation of partial penetrated weld pool

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基于旋转电弧传感的空间位置曲线焊缝跟踪

采用空心轴电机驱动的旋转式扫描焊炬作为电弧传感器，以示教再现式弧焊机器人为控制对象，介绍了焊缝跟踪系统的组成。以理想状态的旋转电弧传感信号处理方法为基础，研究了平焊、横焊及立焊位置焊缝偏差的识别方法。采用模糊控制方法，设计了机器人焊缝跟踪控制系统。实现了空间曲线焊缝的自动跟踪，大大提高了示教再现式弧焊机器人的自动化程度。     

Study on weld formation in a novel rotating arc horizontal GMAW

A novel rotating arc horizontal welding process was developed for solving the sagging of the molten pool which bottlenecks the application and the development of the horizontal welding. The principle of the effect of the rotating arc on the molten pool is that the rotating arc process not only can reduce the welding heat input by prolonging the welding path in the same welding distance caused by the arc rotation, but also disperse the arc force to affect the sidewall periodically to support the molten metal near the upper sidewall. The effects of the rotating speed and arc voltage on the weld formation were studied.The results indicate that there is an appropriate range of the rotating speed and the arc voltage to obtain the defect free horizontal welding.