[发明专利]基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与方法

说明书

本发明提供一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与控制建模方法，铝合金MIG焊熔透控制系统包括熔透图像检测系统、焊接系统、参数控制与存储系统，铝合金MIG焊控制建模方法如下：标定熔透图像检测系统，并在图像上标出设定熔池尺寸；焊工观察熔池图像，调节焊接参数保证背面熔透均匀性；导出焊接参数与熔池尺寸存储数据，建立焊接参数变化与熔池尺寸变化的动态模型；将建立的动态模型应用于铝合金MIG焊熔透控制过程；本发明方法将焊工调节过程引入到控制器设计中，无需进行传统焊接控制器设计所需的焊接过程动态建模、仿真与控制器调试，具有设计过程简单、可操作性强的优点，为铝合金MIG焊实时熔透控制提供了可靠的技术支撑。

技术领域

本发明属于焊接过程控制技术领域，具体涉及一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与控制建模方法。

背景技术

铝合金MIG焊是在惰性气体保护下，利用焊丝与铝合金工件间建立电弧以熔化母材与焊丝的一种焊接方法。焊接时，惰性保护气体从喷嘴中喷出，可以对熔池及其周围母材进行保护，从而获得优良的焊缝成形。目前，铝合金MIG焊是轨道交通领域铝合金车体焊接的优选方法。

在铝合金MIG焊过程中，由于铝合金工件散热条件、坡口间隙、加工精度等因素的干扰，纵使采用恒定规范焊接，也难以保证背面熔透的均匀性。为解决这一难题，常采用背面视觉检测与焊接参数自动调整控制的方法。但焊接参数调整过程需要设计控制器，控制器设计包括焊接过程动态建模、控制器仿真、控制试验参数调整等一系列复杂的过程，不仅对控制器设计人员的理论水平要求高，而且过程耗时量大。反观手工焊接过程，焊工观察熔池，根据熔池的尺寸大小实时调整焊接参数，保证熔透的一致性。如果能将焊工手工焊接调节过程引入到控制过程，将有效地解决传统控制器设计对人员要求高、过程耗时量大的难题。因此，有必要探索一种新型的基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与控制建模方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决铝合金MIG焊熔透控制过程中传统控制器设计对人员的理论水平要求高、过程耗时量大的问题，提供一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与控制建模方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统，包括：熔透图像检测系统、焊接系统、参数控制与存储系统；

所述熔透图像检测系统包括工业摄像机、计算机、与计算机连接的显示器，工业摄像机与计算机连接；

所述焊接系统包括焊接电源、控制模块、焊件夹持平台，焊接电源的地线与焊件夹持平台连接，控制模块与焊接电源、计算机连接；

所述参数控制与存储系统包括熔透图像显示模块、焊接参数调节模块、焊接参数存储模块、熔池尺寸存储模块；

所述工业摄像机安装在焊件夹持平台背面，用于采集MIG焊枪正下方铝合金工件背面熔透图像，采集图像信号传输到计算机中，并在显示器上进行显示；所述控制模块发出电压模拟量信号控制焊接电源的焊接参数，控制模块发出开关量输出信号控制焊接电源的起弧与熄弧；所述熔透图像显示模块用于熔池背面图像的实时显示与图像处理；所述焊接参数调节模块用于焊工对焊接参数的调节与控制；所述焊接参数存储模块用于对调节的焊接参数波形进行采集与存储；所述熔池尺寸存储模块用于存储检测的背面熔池尺寸参数。

作为优选方式，所述熔透图像检测系统还包括外加光源，外加光源安装在焊件夹持平台背面，用于铝合金背面熔池的照明，便于在工业摄像机采集的熔透图像中区分铝合金熔池与母材。

作为优选方式，所述工业摄像机的轴线与MIG焊枪的轴线位于XOZ平面内，且工业摄像机的轴线与Z轴的夹角为15-25°。夹角设定在这个角度范围内既可以防止焊漏对工业摄像机的干扰，又能避免采集图像区域大面积难以聚焦的现象。

作为优选方式，所述控制模块为USB或PCI数据采集卡。