[发明专利]窄间隙焊接电弧摇动的适应控制方法及装置

权利要求书

1.一种窄间隙焊接电弧摇动的适应控制装置，包括窄间隙焊炬，窄间隙焊炬中的折弯导电杆（3）一端与电机驱动及馈电机构（4）相连、另一端与直型导电嘴（2）相接，穿过窄间隙焊炬的焊丝（5）伸入坡口宽度变化的待焊坡口（9）中产生焊接电弧（1），其特征是：还包括电弧摇动参数控制系统（10）、计算机图像处理系统（11）以及红外摄像系统；红外摄像系统包括数字式红外摄像机（12）及红外滤光系统（13），计算机图像处理系统（11）包含依次连接的图像采集卡（14）、坡口宽度提取模块（15）和摇动角度计算模块（16），图像采集卡（14）通过视频线与红外摄像机（12）相连，摇动角度计算模块（16）的输出连接电弧摇动参数控制系统（10）。

2.一种如权利要求1所述窄间隙焊接电弧摇动的适应控制装置的控制方法，其特征是：红外摄像系统以电弧位置外触发方式获取焊接区域红外图像，经过计算机图像处理系统（11）处理，实时提取到坡口宽度信息；计算机图像处理系统（11）根据坡口宽度计算出电弧摇动角度目标值；电弧摇动参数控制系统（10）控制电机驱动及馈电机构（4）直接转动折弯导电杆（3），控制电弧（1）在待焊坡口（9）内以目标摇动角度作相对于焊炬的圆弧形轨迹（8）摇动，实现根据坡口宽度变化对电弧摇动角度的自适应控制。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征是具体包括以下步骤：

在摇动角度计算模块（16）中，预设电弧摇动半径r、预留工艺间隙g、坡口宽度变化判定阈值TH_w以及坡口宽度初始值G_s0后，计算出坡口初始宽度G_s0处所对应的初始摇动角度α₀，作为坡口实际宽度A₀B₀处的采样值，然后焊炬与红外摄像系统一起以焊接速度V_w向前移动，同时电弧摇动参数控制系统（10）通过焊炬控制电弧（1）在待焊坡口（9）内作摇动角度为α₀的往复式圆弧形轨迹（8）摇动；

电弧摇动参数控制系统（10）根据电机转动位置检测信号P_M，在电弧（1）偏向待焊坡口（9）左侧壁或右侧壁或处于坡口中心时，向红外摄像机（12）和图像采集卡（14）发出电弧拍摄与图像采集触发信号P_A，使计算机图像处理系统（11）获取焊接区域图像后，宽度提取模块（15）通过图像处理实时提取坡口宽度；

当焊炬移动到坡口实际宽度为A_iB_i的任意位置处时，坡口宽度提取模块（15）实时提取该处坡口宽度当前检测值G_i，并与之前在其他位置获取的最近的当i≥n时的n-1个或当i＜n时的i-1个坡口宽度检测值一起，求出当n≥1时共n个或当i＜n时共i个坡口宽度检测值的中值或平均值，作为A_iB_i处坡口宽度当前采样值G_si，再输入至摇动角度计算模块（16）中；其中i是实际采样点序数，i≥1；

摇动角度计算模块（16）将坡口宽度当前采样值G_si与前次采样值G_s(i-1)进行比较，若二者差值的绝对值ΔG_si≤TH_w，则不调整坡口实际宽度为A_iB_i处的电弧摇动角度α_i；否则，摇动角度计算模块（16）根据坡口宽度当前采样值G_si、预留工艺间隙g和电弧摇动半径r，计算求得A_iB_i处电弧摇动角度目标值α_i后，电弧摇动参数控制系统（10）再通过电机驱动及馈电机构（4）驱动折弯导电杆（3），控制电弧（1）作角度为α_i的圆弧形轨迹（8）摇动，使电弧在侧壁停留点D_i和M_i处至坡口侧壁距离分别与设定的预留工艺间隙g相等；

⑤重复上述步骤至步骤，直至焊接过程结束。