專利名稱：等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓傳感方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子焊接質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域。
在電子束、激光和等離子三大高能束材料加工方法中，等離子束由于設(shè)備簡單、實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格相對(duì)低廉而廣泛用于各種合金材料及重要結(jié)構(gòu)的制造加工過程，等離子焊接工藝在航空航天工業(yè)中尤其被廣泛采用。利用等離子弧能量密度和穿透力大的特點(diǎn)，可在適當(dāng)參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)熔化穿孔型焊接，如

圖1所示，等離子弧把工件10完全熔透并借助等離子流力在熔池11中形成一個(gè)穿透工件的小孔12，小孔跟隨等離子弧向前移動(dòng)。在焊接中獲得"小孔效應(yīng)"是保證焊縫完全熔透和成型質(zhì)量的重要方法。然而實(shí)際生產(chǎn)中各種規(guī)范條件的波動(dòng)在所難免，勢必會(huì)影響“小孔效應(yīng)”的穩(wěn)定性，例如小孔在焊接過程中閉合，導(dǎo)致出現(xiàn)未熔透等缺陷而嚴(yán)重影響焊接產(chǎn)品質(zhì)量。為此提出自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測“小孔”狀態(tài)的傳感技術(shù)研究，以便為焊縫熔透質(zhì)量控制提供條件。
目前國內(nèi)外在等離子焊接生產(chǎn)和研究中用到以下幾種熔池小孔狀態(tài)檢測方法如圖2所示。其中從工件背面檢測熔池小孔狀態(tài)的方法有背面光電檢測法、背面接觸導(dǎo)電法和背面聲音檢測法。背面光電檢測法如圖2a所示，該方法是利用安置在工件200背面的各種光電器件201檢測穿過小孔的等離子焰流202的弧光輻射，小孔存在時(shí)工件背面弧光很強(qiáng)，而小孔消失后弧光很弱。背面接觸導(dǎo)電法如圖2b所示，該方法是將一塊銅測板203放置在工件204背面并與工件保持一定距離，當(dāng)熔池小孔存在時(shí)，穿過小孔的等離子焰流205打到銅測板203上，由于等離子焰流具有導(dǎo)電特性，故與銅測板203相連的電阻R上將有電流，同時(shí)整流電路將有輸出Uo，且其大小正比于熔孔的大小。在大量管系生產(chǎn)實(shí)踐和研究中發(fā)現(xiàn)，熔池穿孔時(shí)，等離子射流高速?zèng)_入管腔，發(fā)出響亮聲音。聲音信號(hào)的出現(xiàn)和消失與小孔的形成和封閉是同步的。利用該現(xiàn)象的背面聲音檢測法如圖2c所示，該方法是通過安置在管腔中的傳聲器206檢測電弧207與工件管壁208相互作用時(shí)發(fā)出的聲音來判斷熔孔是否存在的傳感方法。以上各種檢測法的共同缺陷是傳感器必須安置在工件背面，因此其應(yīng)用受到工件和生產(chǎn)條件的限制，即傳感器的可達(dá)性差。從工件正面檢測熔池小孔狀態(tài)的檢測法有光譜分析法和CCD攝像法。光譜分析法如圖2d所示，該方法是通過光纖209和光譜分析儀檢測工件210正面弧光信號(hào)211中氫相對(duì)于氬的譜線強(qiáng)度，并利用不同熔池小孔狀態(tài)下氫相對(duì)于氬的譜線強(qiáng)度不同的規(guī)律來判斷熔池小孔是否存在。CCD攝像法如圖2e所示，該方法則是從工件正面實(shí)時(shí)拍攝焊接過程熔池小孔的形狀，通過圖像處理方法獲得小孔是否存在的信息。這兩種方法由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)備價(jià)格昂貴等緣故還處于研究開發(fā)階段，在生產(chǎn)上難以普及應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓傳感方法及裝置，該檢測方法能有效傳感熔池是否穿孔的狀態(tài)，可為實(shí)現(xiàn)中厚板的等離子焊接自動(dòng)熔透控制提供必要的反饋信息。該方法可適用于不同焊接電源和不同工件材質(zhì)，由于直接利用了電弧作為傳感信號(hào)源，因此具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可達(dá)性好、實(shí)用廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，容易在實(shí)際生產(chǎn)制造中推廣使用。
本發(fā)明提出的一種等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先利用信號(hào)采集系統(tǒng)將等離子電弧電壓u(t)實(shí)時(shí)地采集并存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)；2)對(duì)采集的電弧電壓信號(hào)進(jìn)行T算法和SUM算法的加工處理，得到可供機(jī)器識(shí)別的定量的熔池穿孔與否傳感信號(hào)TuS和SUMu；3)將TuS和SUMu與熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則進(jìn)行比較，以判斷當(dāng)時(shí)熔池穿孔狀態(tài)。
所說的對(duì)電弧電壓信號(hào)進(jìn)行加工處理的T算法，包括以下步驟1)取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓信號(hào)均值
，然后計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓u(t)與其均值Eu的偏差的絕對(duì)值并求和記為
2)在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)按上述步驟處理u(t)信號(hào)可得Tu(t)，對(duì)其平滑后即得到傳感信號(hào)TuS(t)。
所說的對(duì)電弧電壓信號(hào)進(jìn)行加工處理的SUM算法，包括以下步驟1)取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先對(duì)其進(jìn)行FFT變換并取其模記為|U(f)|，即|U(f)|＝|FFT(u(t))|，然后對(duì)f＝0～100Hz的|U(f)|求和可獲得傳感信號(hào)
2)在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)按上述步驟處理u(t)信號(hào)可得SUMu(t)。
上述的電弧電壓檢測方法中，熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則為設(shè)定熔透預(yù)報(bào)閾值和熔透確認(rèn)閾值，當(dāng)TuS和SUMu信號(hào)幅值高于設(shè)定的熔透預(yù)報(bào)閾值時(shí)，發(fā)出熔透預(yù)報(bào)信號(hào)，熔池為過渡狀態(tài)；當(dāng)信號(hào)幅值重新下降并低于熔透確認(rèn)閾值時(shí)，可確認(rèn)熔池已進(jìn)入完全穿孔熔透狀態(tài)；而當(dāng)信號(hào)幅值低于熔透預(yù)報(bào)閾值并高于熔透確認(rèn)閾值時(shí)，則判定熔池為未穿孔未熔透狀態(tài)。
本發(fā)明的原理是由于熔透穿孔狀態(tài)隨著焊接過程的進(jìn)行在不斷改變，必然會(huì)對(duì)等離子電弧形態(tài)和行為產(chǎn)生影響，因此就有可能從電弧中提取相關(guān)信息來反饋穿孔狀態(tài)。
本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。首先利用設(shè)計(jì)的信號(hào)采集系統(tǒng)將電弧電壓信號(hào)u(t)實(shí)時(shí)可靠地采集并存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)。電弧電壓信號(hào)本身并不能作為傳感信號(hào)而直接用以判斷熔池小孔是否存在，但該信號(hào)攜帶著能夠反映熔池穿孔和未穿孔狀態(tài)的特征信息，該特征信息通過開發(fā)的兩種傳感信號(hào)提取算法-T算法和SUM算法的加工處理，便得到了兩種可供機(jī)器識(shí)別的定量的熔池穿孔狀態(tài)傳感信號(hào)TuS和SUMu。進(jìn)一步結(jié)合設(shè)計(jì)的熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則，TuS和SUMu信號(hào)便可用以檢測熔池小孔是否存在。其中傳感信號(hào)提取算法與雙閾值判斷準(zhǔn)則是通過儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的預(yù)先編制的程序軟件實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的等離子電弧電壓信號(hào)采集系統(tǒng)由電壓傳感器、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和相關(guān)接口組成，如圖4所示，圖中，電弧電壓信號(hào)首先引入電壓傳感器的輸入端，電壓傳感器的輸出端接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端子，數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)的相應(yīng)插槽。其中，電弧電壓信號(hào)直接由焊槍鎢極40和工件41之間引出，電壓傳感器隔離焊接引弧時(shí)產(chǎn)生的高頻高壓信號(hào)，低通濾波電路濾除高頻干擾信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合本發(fā)明開發(fā)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序完成信號(hào)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換，并利用采集卡與計(jì)算機(jī)的接口實(shí)現(xiàn)信號(hào)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)。
本發(fā)明的從等離子電弧電壓信號(hào)攜帶的特征信息中提取熔池穿孔狀態(tài)傳感信號(hào)的兩種算法和相應(yīng)的信號(hào)提取如下所述算法1 直接從電弧電壓偏離于其均值的程度中檢測熔池穿孔與否的信號(hào)處理算法-T算法和TuS信號(hào)提取，其流程如圖5a所示。
取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓信號(hào)均值
，然后計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓u(t)與其均值Eu的偏差的絕對(duì)值并求和記為Tu，即
。采用以上方法在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)處理u(t)信號(hào)可得Tu(t)，對(duì)其平滑后即得到傳感信號(hào)TuS(t)。
算法2 從電弧電壓頻譜信息中檢測熔池穿孔與否的信號(hào)處理算法-SUM算法和SUMu信號(hào)的提取，其流程如圖5b所示。
取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先對(duì)其進(jìn)行FFT變換并取其模記為|U(f)|(f為頻率)，即|U(f)|＝|FFT(u(t))|，然后對(duì)f＝0～100Hz的|U(f)|求和可獲得傳感信號(hào)SUMu，即
。采用以上方法在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)處理u(t)信號(hào)可得SUMu(t)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙閾值熔池穿孔狀態(tài)判斷準(zhǔn)則如圖6所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為TuS和SUMu信號(hào)幅值，TuS和SUMu信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律示意如曲線S?？梢钥吹絋uS和SUMu信號(hào)具有反映熔池穿孔狀態(tài)的類似特點(diǎn)當(dāng)熔池為完全穿孔熔透狀態(tài)時(shí)，信號(hào)幅值最低，如時(shí)間軸上B點(diǎn)以后所示；熔池為未穿孔未熔透狀態(tài)時(shí)，信號(hào)幅值較高，如時(shí)間軸上A點(diǎn)以前所示；而熔池為穿孔過渡狀態(tài)時(shí)，信號(hào)幅值很高，如時(shí)間軸上AB點(diǎn)之間所示。根據(jù)熔池為穿孔過渡狀態(tài)時(shí)TuS和SUMu信號(hào)的特點(diǎn)，可用其作為熔透預(yù)報(bào)信號(hào)，并設(shè)定熔透預(yù)報(bào)閾值T1和熔透確認(rèn)閾值T2，采用雙閾值法進(jìn)行熔池穿孔與否檢測，以提高信號(hào)的抗干擾力。雙閾值法判斷熔池穿孔與否的過程為當(dāng)TuS和SUMu信號(hào)幅值高于設(shè)定的熔透預(yù)報(bào)閾值T1時(shí)，發(fā)出熔透預(yù)報(bào)信號(hào)，熔池為過渡狀態(tài)；當(dāng)信號(hào)幅值重新下降并低于熔透確認(rèn)閾值T2時(shí)，確認(rèn)熔池已進(jìn)入完全穿孔熔透狀態(tài)；而當(dāng)信號(hào)幅值低于熔透預(yù)報(bào)閾值T1并高于熔透確認(rèn)閾值T2時(shí)，則判定熔池為未穿孔未熔透狀態(tài)。
本發(fā)明的檢測方法能有效傳感熔池是否穿孔的狀態(tài)，可為實(shí)現(xiàn)中厚板的等離子焊接自動(dòng)熔透控制提供必要的反饋信息。該方法可適用于不同焊接電源和不同工件材質(zhì)，由于直接利用了電弧作為傳感信號(hào)源，因此相對(duì)于其它檢測方法具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可達(dá)性好、實(shí)用廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，容易在實(shí)際生產(chǎn)制造中推廣使用。
附圖簡要說明圖1為在適當(dāng)參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)熔化穿孔型焊接示意圖。
圖2為已有技術(shù)中的幾種熔池穿孔狀態(tài)檢測方法示意圖；其中，圖2a為背面光電檢測法，圖2b為背面接觸導(dǎo)電法，圖2c為背面聲音檢測法，圖2d為光譜分析法，圖2e為CCD攝像法。
圖3為本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)原理框圖。
圖4為本發(fā)明的等離子電弧電壓信號(hào)采集系統(tǒng)組成示意圖。
圖5為本發(fā)明的提取熔池穿孔狀態(tài)傳感信號(hào)的兩種算法和相應(yīng)的信號(hào)提取流程框圖；其中，圖5a為T算法和TuS信號(hào)提取流程框圖，圖5b為SUM算法和SUMu信號(hào)提取流程框圖。
圖6為本發(fā)明設(shè)計(jì)的熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則示意圖。
圖7為本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施例低通濾波電路原理圖。圖中，I為電弧電壓比例放大電路，III為電弧電壓低通濾波電路。
圖8為本實(shí)施例的算法實(shí)現(xiàn)的軟件流程框圖。其中，圖8a為軟件實(shí)現(xiàn)T算法的流程框圖，圖8b為軟件實(shí)現(xiàn)SUM算法的流程框圖。
圖9a為本實(shí)施例的背面開槽工件結(jié)構(gòu)示意圖，圖9b為圖9a對(duì)應(yīng)的焊縫背面成形，圖9c為本實(shí)施例的熔池穿孔狀態(tài)的檢測結(jié)果標(biāo)示圖，圖9d為本實(shí)施例獲得的傳感信號(hào)TuS(t)曲線圖，圖9e為本實(shí)施例獲得的傳感信號(hào)SUMu(t)曲線圖。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓傳感方法及其系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下考慮到實(shí)際生產(chǎn)中散熱條件、工件厚度及焊接規(guī)范等條件的變化，本實(shí)施例采用背面開槽工件，設(shè)置焊接規(guī)范參數(shù)保證在工件厚6mm處未穿孔，而4mm處一定穿孔，使用逆變焊機(jī)在不銹鋼工件上進(jìn)行了焊接。背面開槽工件及其對(duì)應(yīng)的焊縫背面成形分別如圖9a和圖9b所示，可以看到焊縫經(jīng)歷了未穿孔、穿孔及中間過渡狀態(tài)。
本實(shí)施例的電弧電壓信號(hào)采集系統(tǒng)由電壓傳感器、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)及相關(guān)接口組成，如圖4所示。電弧電壓信號(hào)直接由焊槍鎢極40和工件41之間引出，首先經(jīng)過電壓傳感器的隔離作用，電壓傳感器選用磁平衡式電壓傳感器“科海KV100A”，其原邊電路與副邊電路絕緣，絕緣電壓為6000V有效值，能夠有效隔離焊接引弧時(shí)的高頻高壓信號(hào)；經(jīng)過隔離后的電弧電壓信號(hào)由輸入接插件1引入低通濾波電路如圖7所示，信號(hào)首先被比例放大電路衰減如圖7中I所示，以抵消濾波電路對(duì)信號(hào)的放大，然后通過二階壓控有源低通濾波電路濾除高頻干擾信號(hào)如圖7中III所示，濾波電路的截止頻率為10kHz，最后信號(hào)由輸出接插件輸出給數(shù)據(jù)采集卡，整個(gè)低通濾波電路由直流穩(wěn)壓電源通過輸入接插件2供電(圖7中II為電弧電流比例放大電路，IV為電弧電流低通濾波電路，這兩部分電路在本實(shí)施例中不涉及)；經(jīng)過隔離和濾波后的電弧電壓信號(hào)可靠地到達(dá)數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡選用“PCI-9118HG”，精度12位，采集速度330kHz，每次采集數(shù)據(jù)容量可達(dá)64M，數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合本發(fā)明開發(fā)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序完成信號(hào)采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換，并利用采集卡與計(jì)算機(jī)的接口實(shí)現(xiàn)信號(hào)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)。
本實(shí)施例的等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓傳感方法為首先用上述信號(hào)采集系統(tǒng)以30kHz的采樣頻率將焊接過程中的電弧電壓信號(hào)實(shí)時(shí)采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，同時(shí)用輔助光信號(hào)實(shí)時(shí)記錄了熔池穿孔狀態(tài)的精確過渡時(shí)刻。隨后采用電弧電壓T算法、電弧電壓幅頻低頻段SUM算法對(duì)存入計(jì)算機(jī)中的電弧電壓信號(hào)進(jìn)行處理，圖8為用軟件實(shí)現(xiàn)算法的流程圖。其中，用軟件實(shí)現(xiàn)T算法的流程如圖8a所示。運(yùn)行程序后首先從計(jì)算機(jī)中調(diào)入采集到的電弧電壓信號(hào)u(t)，然后從u(t)中按照焊接的時(shí)間順序取numu＝16000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成一長度為16000的數(shù)據(jù)段utemp。計(jì)算該數(shù)據(jù)段電弧電壓信號(hào)的均值
，再計(jì)算該數(shù)據(jù)段電弧電壓信號(hào)的
。得到Tu值后舍去數(shù)據(jù)段段首的delay＝500點(diǎn)，再從u(t)中順序添入新的500個(gè)數(shù)據(jù)重新構(gòu)成一長度為16000的數(shù)據(jù)段utemp，然后判斷是否已完成預(yù)先設(shè)定的計(jì)算次數(shù)ku，即j值(程序開始時(shí)設(shè)置為1)是否等于ku，如果“不等于”則j值增加1，重復(fù)以上運(yùn)算；若“等于”則退出循環(huán)處理，此時(shí)已得到Tu(t)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行平滑處理便獲得傳感信號(hào)TuS(t)如圖9d所示，圖9d中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為s，縱坐標(biāo)為TuS信號(hào)的幅值，單位為V。圖8b為軟件實(shí)現(xiàn)SUM算法的流程圖，運(yùn)行程序后同樣首先從計(jì)算機(jī)中調(diào)入采集到的電弧電壓信號(hào)u(t)，然后從u(t)中按照焊接的時(shí)間順序取nffts＝32768個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成一長度為32768的數(shù)據(jù)段utemp。計(jì)算該數(shù)據(jù)段電弧電壓信號(hào)的均值，減去均值后的電弧電壓信號(hào)為udm，該步是對(duì)信號(hào)做FFT變換前的預(yù)處理。對(duì)udm做FFT變換，然后對(duì)所得結(jié)果取模，便得到|U(f)|，再計(jì)算該數(shù)據(jù)段電弧電壓信號(hào)的
得到SUMu值后舍去數(shù)據(jù)段utemp段首的delay＝500點(diǎn)，再從u(t)中順序添入新的500個(gè)數(shù)據(jù)重新構(gòu)成一長度為32768的數(shù)據(jù)段，然后判斷是否已完成預(yù)先設(shè)定的計(jì)算次數(shù)ku，即j值(程序開始時(shí)設(shè)置為1)是否等于ku，如果“不等于”則j值增加1，重復(fù)以上運(yùn)算；若“等于”則退出循環(huán)處理，此時(shí)已得到傳感信號(hào)SUMu(t)如圖9e所示，圖9e中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為s，縱坐標(biāo)為SUMu信號(hào)的幅值，單位為FFTamp.。用軟件實(shí)現(xiàn)以上算法的編程環(huán)境為Matlab 5.01。
表1列出了不同種類焊接電源和工件材質(zhì)條件下TuS和SUMu信號(hào)的熔透預(yù)報(bào)閾值、熔透確認(rèn)閾值和閾值帶寬。
表1
用T算法和SUM算法對(duì)電弧電壓信號(hào)進(jìn)行處理得到傳感信號(hào)TuS和SUMu后，從表一中找到對(duì)應(yīng)于逆變焊機(jī)不銹鋼工件的TuS和SUMu信號(hào)的熔透預(yù)報(bào)閾值(TuS-660，SUMu-10000)和熔透確認(rèn)閾值(TuS-180，SUMu-1000)，根據(jù)雙閾值熔池穿孔狀態(tài)判斷準(zhǔn)則，當(dāng)TuS和SUMu信號(hào)幅值分別高于設(shè)定的熔透預(yù)報(bào)閾值660和10000時(shí)，發(fā)出熔透預(yù)報(bào)信號(hào)，判斷熔池為過渡狀態(tài)；當(dāng)信號(hào)幅值重新下降并分別低于熔透確認(rèn)閾值180和1000時(shí)，可確認(rèn)熔池已進(jìn)入完全穿孔熔透狀態(tài)；而當(dāng)信號(hào)幅值低于熔透預(yù)報(bào)閾值并高于熔透確認(rèn)閾值時(shí)，則判定熔池為未穿孔未熔透狀態(tài)。使用TuS和SUMu信號(hào)檢測熔池穿孔狀態(tài)的結(jié)果標(biāo)于圖9c中，其中AB段為未穿孔未熔透狀態(tài)，BC段為過渡狀態(tài)，CD段為完全穿孔熔透狀態(tài)，可以看到檢測結(jié)果與背面開槽工件的結(jié)構(gòu)和焊縫背面成形對(duì)熔池穿孔狀態(tài)的顯示是相符的，此外該檢測結(jié)果與輔助光信號(hào)對(duì)熔池穿孔狀態(tài)的記錄也是一致的，由此說明該檢測技術(shù)能夠準(zhǔn)確地傳感熔池穿孔和未穿孔狀態(tài)。
表1表明焊機(jī)類型、被焊材料和焊接規(guī)范參數(shù)均會(huì)導(dǎo)致小孔傳感信號(hào)閾值的差異，為此在實(shí)際使用中需要根據(jù)具體焊接實(shí)施條件選用合適的電弧電壓傳感信號(hào)處理方法和判斷閾值。
權(quán)利要求
1.一種等離子焊接熔池穿孔狀態(tài)的電弧電壓檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先利用信號(hào)采集系統(tǒng)將等離子電弧電壓u(t)實(shí)時(shí)地采集并存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī)；2)對(duì)采集的電弧電壓信號(hào)進(jìn)行T算法和SUM算法的加工處理，得到可供機(jī)器識(shí)別的定量的熔池穿孔與否傳感信號(hào)TuS和SUMu；3)將TuS和SUMu與熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則進(jìn)行比較，以判斷當(dāng)時(shí)熔池穿孔狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧電壓檢測方法，其特征在于，所說的對(duì)電弧電壓信號(hào)進(jìn)行加工處理的T算法，包括以下步驟1)取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓信號(hào)均值
，然后計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)電弧電壓u(t)與其均值Eu的偏差的絕對(duì)值并求和記為
2)在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)按上述步驟處理u(t)信號(hào)可得Tu(t)，對(duì)其平滑后即得到傳感信號(hào)TuS(t)。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧電壓檢測方法，其特征在于，所說的對(duì)電弧電壓信號(hào)進(jìn)行加工處理的SUM算法，包括以下步驟1)取一段電弧電壓信號(hào)u(t)(t＝t1～t2)，首先對(duì)其進(jìn)行FFT變換并取其模記為|U(f)|，即|U(f)|＝|FFT(u(t))|，然后對(duì)f＝0～100Hz的|U(f)|求和可獲得傳感信號(hào)
2)在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)按上述步驟處理u(t)信號(hào)可得SUMu(t)。
4.如權(quán)利要求1所述的電弧電壓檢測方法，其特征在于；所說的熔池穿孔與否雙閾值判斷準(zhǔn)則為設(shè)定熔透預(yù)報(bào)閾值和熔透確認(rèn)閾值，當(dāng)TuS和SUMu信號(hào)幅值高于設(shè)定的熔透預(yù)報(bào)閾值時(shí)，發(fā)出熔透預(yù)報(bào)信號(hào)，熔池為過渡狀態(tài)；當(dāng)信號(hào)幅值重新下降并低于熔透確認(rèn)閾值時(shí)，可確認(rèn)熔池已進(jìn)入完全穿孔熔透狀態(tài)；而當(dāng)信號(hào)幅值低于熔透預(yù)報(bào)閾值并高于熔透確認(rèn)閾值時(shí)，則判定熔池為未穿孔未熔透狀態(tài)。
5.一種如權(quán)利要求1所述方法中的等離子電弧電壓信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于，由電壓傳感器、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和相關(guān)接口組成，其中，電弧電壓信號(hào)首先引入電壓傳感器的輸入端，電壓傳感器的輸出端接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端子，數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)的相應(yīng)插槽。
全文摘要
本發(fā)明屬于等離子焊接質(zhì)量控制領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟:首先利用信號(hào)采集系統(tǒng)將等離子電弧電壓u(t)實(shí)時(shí)地采集并存儲(chǔ)入計(jì)算機(jī);再對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行加工處理,得到可供機(jī)器識(shí)別的定量的熔池穿孔與否傳感信號(hào)TuS和SUMu;最后將TuS和SUMu與雙閾值判斷準(zhǔn)則進(jìn)行比較,以判斷當(dāng)時(shí)熔池穿孔狀態(tài)。該方法能有效傳感熔池是否穿孔的狀態(tài),具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可達(dá)性好、實(shí)用廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn),容易在實(shí)際生產(chǎn)制造中推廣使用。
文檔編號(hào)G01R21/133GK1262158SQ0010323
公開日2000年8月9日 申請(qǐng)日期2000年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月17日
發(fā)明者王海燕, 陳強(qiáng), 王耀文 申請(qǐng)人:清華大學(xué)