[发明专利]一种基于磁控旋转电弧传感的自动化堆焊方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于磁控旋转电弧传感焊缝跟踪的自动堆焊方法，属于焊接自动化领域。

背景技术

堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于电力、矿山、冶金、石油化工等工业部门零件的制造修复中。我国堆焊技术的整体水平不高，堆焊方法简单粗犷，目前的自动化再制造堆焊技术的核心是利用操作机或机器人等来自动规划路径，以实现自动化堆焊，为保证焊炬对准堆焊焊缝中心，必须依靠人工时刻仔细调整焊炬与堆焊焊缝中心的位置，但很难保证堆焊的质量和效率，而且为提高堆焊再制造质量，有效措施是控制工件表面高低不平时的引弧和熄弧，通过采用高度跟踪技术可以实现局部磨损严重部位的堆焊再制造修复。电弧传感器是目前唯一不需要超前于焊枪安装的焊缝跟踪传感器。这种焊缝跟踪传感器实时性好，有很强的抗弧光、高温、烟雾和电磁干扰的能力。虽然旋转电弧传感器结构比摆动式电弧传感器复杂，但因旋转频率高，增加了焊枪偏差检测的灵敏度和焊缝跟踪精度。但是多层多道堆焊时，由于焊炬位置的变化相对单层焊时小很多，信号的提取和偏差的识别难度更大，如直接采用现有的电弧传感式焊缝跟踪技术，不能满足位姿信息自动识别和跟踪调节的要求。另外，因堆焊表面的磨损程度不同，使焊炬不仅相对于工件的垂直与水平距离会变化，而且前后左右的倾斜角度也会发生变化，这种变化必然造成电弧信号采样偏差，从而引起焊道跟踪的误判。

发明内容

本发明目的是提供一种满足再制造行业的要求的稳定性强、实用性好，工艺效果好的自动化堆焊方法，改善现在堆焊过程中缺乏零件表面状态的实时识别和调节以及堆焊参数的自适应控制方法的行业局面，提高堆焊过程的自动化、智能化程度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的；如图1所示，该装置包括磁控旋转堆焊传感器、主控制器、堆焊层识别控制器、堆焊焊炬姿态控制器、驱动器、焊接电源、送丝机构、霍尔传感器、执行机构和变位机组成，其特点是：所述焊枪直接安装在磁控旋转电弧堆焊传感器上，磁控电弧堆焊传感器安装在执行机构上，焊接时电弧位于磁控旋转堆焊传感器的中心位置，磁控旋转堆焊传感器产生的旋转磁场带动焊接电弧按一定频率扫描堆焊层，同时磁控旋转堆焊传感器将扫描到的焊缝位置信息输出给主控制系统，同时霍尔传感器将焊接电流信号输出给主控制器，经处理分别输入堆焊层识别控制器和堆焊焊炬姿态控制器进行处理，最后主控制器根据返回的信号驱动执行机构和变位机进行自动化堆焊。

所述磁控旋转堆焊传感器包括两对呈一定夹角的导磁铁芯，励磁线圈绕在导磁铁芯上形成磁极，励磁线圈与励磁电源连接，焊枪安装在两对磁极组成的矩形中心位置，固定铁芯的支架中心位置有装有齿轮的圆杆与电机连接带动铁芯旋转，圆杆中心位置安装随电机转子旋转的光码盘，光码盘将扫描的采样点位置信号输出给主控制器。在焊接自动化领域中，现有的单一对磁极的电弧传感器只在磁极中心线处有范围很窄的横向磁场对电弧的控制精度较小，旋转电弧采样信号也较弱，仅能用于普通的角焊缝跟踪，在堆焊这种零件表面情况复杂的条件下无法满足要求，而根据磁场叠加原理可知本发明的磁控电弧传感器在两对磁极中心处能产生磁场强度高、范围较大的横向磁场，能够满足堆焊条件下的旋转电弧控制精度和采样信号强度的要求。

所述的堆焊层识别控制器包括信号滤波放大电路和算法处理模块组成。现在堆焊领域还没有对堆焊层曲面形貌特征进行识别与检测的技术，普遍采用的是通过人工观察和手动机械控制的方法进行复杂形貌下的堆焊工作，不仅自动化程度很低而且堆焊效果也很一般，本发明所设计的堆焊层识别控制器是全新设计针对堆焊层曲面形貌识别这一空白技术领域，能明显提高堆焊的质量和自动化程度。其特点是：焊接电源与焊枪和霍尔传感器连接，霍尔传感器将采集到的焊接电流信号通过主控制器中的信号采集和处理电路传输给堆焊层识别控制器，同时磁控旋转堆焊传感器实时扫描堆焊层采集不同采样周期的采样点的光码盘定位信号，由于电弧旋转频率远大于焊炬调整频率，在识别堆焊层形貌时可设定前两个采样周期内焊炬姿态并未发生变化，根据旋转电弧的弧长与电流关系函数，获取在这两个旋转周期不同采样点的焊炬高度，进行动态线性回归获取扫描堆焊层采样点的高低落差，利用弧长等高线法转换成磁控旋转电弧传感器两个扫描周期内堆焊层的表面形貌信号，经处理后输出给主控制器，作为进行焊道排列、焊缝跟踪和焊炬最佳位姿计算的依据。