[发明专利]等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统和方法

权利要求书

1.一种根据变极性等离子弧正反面电弧温差的焊接质量表征及控制系统，其特征在于，包括：变极性等离子焊接系统(1)的等离子电源(3)、等离子焊枪(5)、冷却水箱(4)，电弧图像采集及处理系统(2)的高速摄像机(8)、窄带滤光片 (9)、图像处理单元(6)、工控机(29)、显示器(7)，其中高速摄像机(8)、窄带滤光片(9)与焊接工件固定于同一轴线，确保焊接过程中电弧形态处在高速摄像机观察窗之内，且确保电弧形态与焊接工件垂直以减少图像处理过程的误差；焊接过程中电弧穿孔前后图像处理结果及电弧温差同步显示于显示器(7)界面，根据预先设定好的标准电弧温差实时比对焊接过程中的电弧温差，若焊接过程中温差在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中温差超过预设的误差范围，则根据温差的偏离，通过反馈系统发送相应信号至变极性等离子焊接系统(1)，以调节相应焊接参数的动作，控制温差至标准误差范围内；以此表征并控制变极性等离子焊接质量。

2.如权利要求1所述的根据变极性等离子弧正反面电弧温差的焊接质量表征及控制系统，其特征在于，还包括氩纯度为99.99%以上的保护气和离子气、拘束喷嘴(12)、运动装置(10)；其中，高速摄像机(8)、窄带滤光片(9)与运动装置(10)在同一轴线位置，确保穿孔熔池正面电弧(14)与穿孔熔池背面电弧(18)都能在同一相机窗口中显示；图像处理单元(6)实时处理焊接过程中的电弧温差数据，并与预先设定合格焊接质量的温差数据比对；若焊接过程中正反面电弧温差在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中正反面电弧温差超过预设的误差范围，则通过反馈系统发送相应信号至变极性等离子焊接系统(1)，以调节送丝、焊接电流、运动装置(10)以及离子气流量，控制电弧正反面温差至误差范围内；其中，等离子电源(3)、冷却水箱(4)、等离子焊枪(5)、保护气和离子气、拘束喷嘴(12)和工件组成变极性等离子焊接系统(1)；滤光片(9)、高速摄像机(8)、工控机(29)以及显示器(7)组成图像采集系统；电弧图像滤波单元(32)、电弧图像纠偏单元(33)以及标准温度法处理单元(34)组成图像处理系统；焊接过程中，若正反面电弧温差大于预设标准范围，则反馈信号至变极性等离子焊接电源及控制系统，以减小电弧线能量，包括加大送丝速度、减小焊接电流、增大离子气，使正反面电弧温差调节至标准范围之内；若正反面电弧温差小于预设标准范围，则反馈信号至焊接电源及控制系统，以增大电弧线能量，包括减小焊接速度、增大焊接电流、减小离子气，使正反面电弧温差调节至标准范围之内；实现焊接过程中实时控制正反面电弧温差，从而实现对焊接热输入和焊缝成形的精确控制。

3.一种基于权利要求1的根据变极性等离子弧正反面电弧温差的焊接质量表征及控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设置达到合格焊接质量所需的正反面电弧温差；

（2）焊接过程中实时监控电弧正反面的行为；

（3）根据监控得到的电弧行为，经计算得出正反面电弧温差；

（4）把监控得到的温差与所述标准温差范围实时比对，判断正在进行的焊接过程的电弧温差是否在标准温差范围之内；

（5）如监控中的正反面电弧温差在标准范围之内，继续执行步骤（2），实现对穿孔变极性等离子焊接质量的在线表征及控制；如监控中的正反面电弧温差超出标准范围，判断是小于标准还是大于标准，并反馈信号至变极性等离子焊接控制系统，调节焊接参数后，继续执行步骤（2）。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的计算得出正反面电弧温差，为图像处理单元把电弧正反面处理成光谱图，再经过滤波、纠偏，得出电弧正反面温度趋势图；然后再计算电弧正反面温差。