專利名稱：磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接控制方法，特別是一種用于自動焊的控制方法。
背景技術(shù)：
焊接過程自動控制系統(tǒng)所要解決的主要問題是焊縫自動跟蹤。目前通常采 用的焊縫跟蹤傳感器是機械式電弧傳感器和激光式傳感器，采用機械式電弧傳 感器的焊縫跟蹤控制系統(tǒng)中，利用電弧自身作為傳感器，實時性強，焊槍運動 的靈活性和可達(dá)性好，制造成本低，但控制精度不太高，體積大，噪聲大，易 磨損。采用激光式傳感器雖然控制精度比較高，但它的成本高，適用范圍窄。 此前對電磁控制電弧擺動的研究，主要集中在改善焊縫成形方面，它是以非接 觸方式作用于焊接電弧，具有附加裝置簡單，控制精度高，適用范圍廣等優(yōu)點。 但磁控電弧傳感器用于焊縫跟蹤領(lǐng)域目前尚未發(fā)現(xiàn)別人開展過這方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種裝置簡單、成本較低、靈敏度和精確度高、可靠 性好、適用范圍廣的磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它包括由焊槍和焊接電源組 成的焊接系統(tǒng)以及跟蹤控制系統(tǒng)，焊槍安裝在跟蹤控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)上，跟 蹤控制系統(tǒng)包括磁控電弧傳感器、信號采集器、中心處理器、執(zhí)行機構(gòu)，磁控 電弧傳感器將掃描的焊縫信息，經(jīng)信號采集器和中心處理器采集和處理后，控 制執(zhí)行機構(gòu)自動跟蹤焊縫，由執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動焊槍完成自動化焊接。
本發(fā)明中磁控電弧傳感器與焊槍相對獨立，前置于焊槍。所述磁控電弧傳 感器包括磁場發(fā)生裝置、激磁電源、TIG焊電弧，磁場發(fā)生裝置在激磁電源的作 用下產(chǎn)生磁場，使TIG焊電弧在其作用下水平旋轉(zhuǎn)、或垂直于焊縫方向擺動、 或兩者結(jié)合運動以掃描焊縫信息。所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場可以是具有定 位信號的旋轉(zhuǎn)磁場或者是具有定位信號的交變橫向磁場。所述TIG焊電弧的電流可采用穩(wěn)定的焊接電弧替代。所述磁控電弧傳感器的勵磁線圈1兩側(cè)對稱安
裝 一對磁極3，在對稱安裝的一對磁極3之間安裝鎢極2。
本發(fā)明的有益效果是它通過利用磁控TIG焊電弧掃描焊縫的一種焊縫自 動跟蹤控制方法，由于把焊接系統(tǒng)和跟蹤控制系統(tǒng)獨立開來，并且利用了電磁 控制電弧的精確性以及TIG焊電弧的穩(wěn)定性，大大提高了掃描焊縫的準(zhǔn)確性， 而且大大減少了焊接本身對傳感器的影響。實際焊接工藝試驗證明系統(tǒng)跟蹤 精度高，運行穩(wěn)定可靠，適用范圍廣，實用性強，它可廣泛應(yīng)用于各種自動跟 蹤焊接裝置上。 附圉說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的控制原理方框示意圖。
圖2是本發(fā)明的磁控電弧電傳感器電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的橫向交變磁場作用下電弧擺動示意圖。
圖4是鎢極與焊接體的位置對應(yīng)關(guān)系示意圖。
圖5是本發(fā)明的磁控電弧掃描斜板時電弧長度變化曲線示意圖。
圖中1-勵磁線圈，2-鎢極，3-磁極，4-焊接體。
具體實施例方式
實施例i，本發(fā)明包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統(tǒng)和跟蹤控制系統(tǒng)， 將焊槍安裝在跟蹤控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)上，跟蹤控制系統(tǒng)包括磁控電弧傳感器、 信號采集器、中心處理器、執(zhí)行機構(gòu)，磁控電弧傳感器將掃描焊縫的信息，經(jīng) 信號采集器和中心處理器采集和處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)自動跟蹤焊縫，由執(zhí)行 機構(gòu)驅(qū)動焊槍完成自動化焊接。焊接系統(tǒng)中的電源可以采用任何焊接電源，能 實現(xiàn)各種焊接材料以及各種焊接規(guī)范下的焊接，對焊縫跟蹤效果的影響很小。 本發(fā)明的焊接系統(tǒng)和跟蹤控制系統(tǒng)可以相對獨立地工作，并將磁控電弧傳感器 前置于焊槍。參閱圖1。
實施例2，所述磁控電弧傳感器由磁場發(fā)生裝置、激磁電源、TIG焊電弧等部分組成，所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場可以是具有定位信號的旋轉(zhuǎn)磁場或者
是具有定位信號的交變橫向磁場，所述TIG焊電弧可以用其它穩(wěn)定的焊接電弧 代替。磁場發(fā)生裝置在激磁電源的作用下產(chǎn)生磁場，控制TIG焊電弧在其作用 卜水平旋轉(zhuǎn)、或垂直于焊縫方向擺動、或兩者結(jié)合運動以掃描焊縫信息，信號 采集器對電弧參數(shù)進(jìn)行采樣，中心處理器通過對焊接參數(shù)以及電弧定位信號的 處理得出焊縫的各種信息，控制執(zhí)行機構(gòu)對焊縫進(jìn)行跟蹤。本發(fā)明通過利用電 磁控制電弧具有精確性以及TIG焊電弧具有穩(wěn)定性的原理，代替機械式電弧傳 感器悍縫跟蹤控制系統(tǒng)，以及成本昂貴的激光式焊縫跟蹤控制系統(tǒng)。
由磁控擺動電弧傳感器的實現(xiàn)過程來介紹磁控電弧傳感器的實現(xiàn)方法山 圖2可以看到，由該電路把正弦波發(fā)生器輸出的正弦波經(jīng)過功率放大，得到一 個交變的激勵電源，驅(qū)動圖3中所示的勵磁線圈1，并使圖3中的一對磁極3之 間產(chǎn)生交變的橫向磁場，TIG焊電弧在這個交變橫向磁場作用下作垂直于焊縫方 向且垂直于磁場方向的擺動，參閱圖4。由圖2可知，還從正弦波發(fā)生器輸出的 正弦波分離出了兩個定位信號，直接接到中心處理器。由于激勵電源的頻率和 幅值都可以分別調(diào)節(jié)，因而很容易控制TIG悍電弧的掃描范圍，進(jìn)而可以精確 地掃描整個焊縫。
焊縫坡口狀態(tài)主要表現(xiàn)在焊炬高度上的變化，即為電弧長度的變化。研究 表明，電弧傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為H=KI + b。其中，H為電弧長度，1為焊接 電流，參數(shù)K， b受電源特性，焊接材料，送絲速度等的影響。這表明焊接電弧 長度與焊接電流成一定的線性關(guān)系。根據(jù)焊接電流波形就可以判斷焊縫坡口。 TIG焊電弧擺動掃描焊縫時，得到的電弧長度變化曲線如圖5所示。在圖5中， 疊加了由圖2輸出的定位信號，因此很容易得出每一焊縫位置的對應(yīng)弧長。而 焊縫中心所對應(yīng)的弧長明顯高于其他各處。中心處理器接受這些信息以后，經(jīng) 過軟件處理就能得出電弧是否偏離了焊縫，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)焊縫的精確 跟蹤。參閱圖1至圖5，其余同實施例l。
權(quán)利要求
1. 一種磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法，它包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統(tǒng)以及跟蹤控制系統(tǒng)，其特征是焊槍安裝在跟蹤控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)上，跟蹤控制系統(tǒng)包括磁控電弧傳感器、信號采集器、中心處理器、執(zhí)行機構(gòu)，磁控電弧傳感器將掃描的焊縫信息，經(jīng)信號采集器和中心處理器采集和處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)自動跟蹤焊縫，由執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動焊槍完成自動化焊接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法，其 特征是磁控電弧傳感器與焊槍相對獨立，前置于焊槍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法，其特征是所述磁控電弧傳感器包括磁場發(fā)生裝置、激磁電源、TIG焊電弧， 磁場發(fā)生裝置在激磁電源的作用下產(chǎn)生磁場，使TIG焊電弧在其作用下水平旋 轉(zhuǎn)、或垂直于焊縫方向擺動、或兩者結(jié)合運動以掃描焊縫信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控電弧傳感器式悍縫自動跟蹤控制方法，其 特征是所述磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生的磁場為具有定位信號的旋轉(zhuǎn)磁場或者是具有定位信號的交變橫向磁場。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法，其特征是所述TIG焊電弧采用其他穩(wěn)定的焊接電弧。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法，其 特征是所述磁控電弧傳感器的勵磁線圈(1)兩側(cè)對稱安裝一對磁極(3)，在對 稱安裝的一對磁極(3)之間安裝鉤極(2)。
全文摘要
一種磁控電弧傳感器式焊縫自動跟蹤控制方法。它主要是解決現(xiàn)有的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運算復(fù)雜、成本高，性能不穩(wěn)定，適用范圍窄等技術(shù)問題。其技術(shù)方案要點是它包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統(tǒng)以及跟蹤控制系統(tǒng)，焊槍安裝在跟蹤控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)上，跟蹤控制系統(tǒng)包括磁控電弧傳感器、信號采集器、中心處理器、執(zhí)行機構(gòu)，磁控電弧傳感器將掃描的焊縫信息，經(jīng)信號采集器和中心處理器采集和處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)自動跟蹤焊縫，由執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動焊槍完成自動化焊接。由于磁控電弧傳感器可以精確控制電弧，并且采用了穩(wěn)定性高的TIG焊電弧，因而它具有適用范圍寬、跟蹤精度高、運行穩(wěn)定可靠和實用性強等特點，它可廣泛應(yīng)用于各種自動跟蹤焊接裝置上。
文檔編號B23K9/127GK101224520SQ20071003427
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者周文軍, 力 尹, 屈岳波, 波 洪 申請人:湘潭大學(xué)