[发明专利]一种单道多层埋弧焊激光-磁控电弧复合式焊缝跟踪方法

说明书

一种单道多层埋弧焊激光‑磁控电弧复合式焊缝跟踪方法，它主要是解决在单道多层V型坡口埋弧焊中，随着焊道层数的增加，且单一的前置的激光视觉传感器在埋弧焊焊剂和焊渣等非线性因素的干扰下，一定的超前量容易产生前置误差和焊缝实时跟踪精度低的问题。其技术方案的要点是：采用带反馈的分布式双传感器信息融合方法。将上一层激光视觉传感器拟合的焊缝轨迹图像作为在焊层的焊缝偏差预测值，由磁控电弧传感器拟合的焊缝轨迹图像作为在焊层的实测值，通过对两种传感器采样的焊缝偏差信息进行图像的数据融合，根据融合结果提取最优的偏差信息输入执行机构进行单道多层埋弧焊的焊缝实时纠偏，提高单道多层埋弧焊的焊缝跟踪精度。

技术领域

本发明属于焊接自动化领域和基于复合式传感器的焊缝跟踪系统产业化关键技术研究领域，具体涉及一种单道多层埋弧焊激光-磁控电弧传感器复合式焊缝跟踪方法。

背景技术

1.在现代制造业的生产加工环节中，埋弧焊作为一种常用且特殊的焊接方法，广泛应用于石油管道、机械装备、船舱主架及风电塔筒等各行各业中。大部分制造厂的埋弧焊应用，主要以半自动化和人工的生产方式为主。导致焊接工人工作强度大，生产效率提升难等问题。对于厚板V型坡口单道多层埋弧焊在焊接过程中因焊接热变形引起焊丝对中位置变化，单纯的增大电流无法保证完全填充坡口，且焊接质量无法保证，通过磁控与激光视觉传感器相结合的方式，提高单道多层埋弧焊的稳定性并且保证焊接质量。

2.在目前埋弧焊常用的焊缝跟踪传感器中，一种是：探针式焊缝跟踪装置，传感器的探头直接和焊丝在同一个焊缝内，传感器的探头直接和焊缝坡口接触，直接对偏差进行检测，这种传感器还存在的问题是：对坡口的加工要求高，高速焊接情况下，易影响跟踪精度；探头寿命比较短。另一种是：前置的激光视觉传感器应用最多，对于单道单层易识别的埋弧焊缝而言，焊缝跟踪效果好，识别精度准确。但是对于坡口较深的多层埋弧焊焊缝而言，随着焊道层数的增加，激光传感器的识别精度就会降低，且因为埋弧焊焊剂的覆盖，使得激光视觉传感器存在一定的前置误差，实时性有着一定的进步空间。磁控电弧传感器作为一种实时的传感器件，与其他类型的传感器相比，具有成本低和响应快等特点。在埋弧焊焊接时，尽管电弧被埋在焊剂中，焊接电弧仍可以通过检测电弧的电流和电压变化获取焊缝对中的偏移量。其跟踪信号由电弧本身取出，实时性能比较好。因此，对于单道多层埋弧焊焊缝，提出一种激光视觉-磁控电弧传感器复合的方式进行焊缝跟踪，通过两种传感器采集到的偏差信息进行决策级融合，提高焊缝跟踪的精度和焊接质量。

3.国内外研究现状：在焊缝跟踪领域中，单个传感器难以解决复杂的工况，都会采用多传感器信息融合技术提高焊缝跟踪精度。

专利《一种旋转超声波-电弧复合式焊缝跟踪方法》，专利号201911188520.9，提出一种旋转超声波-电弧复合式焊缝跟踪的方法，对两个传感器的采样数据分别采用温度补偿算法对数据进行补正和最小二乘法进行拟合并得出两种焊缝偏差信息，通过双变量自适应系数加权进行信息融合，得到最优焊缝偏差e，最终实现焊缝的精确跟踪，提高焊缝跟踪质量。

专利《一种基于磁控电弧与激光视觉传感的焊缝自动跟踪控制方法及系统》，专利号201310297612.7，提出一种基于磁控和激光视觉的焊缝的自动跟踪，主要实现于空间复杂轨迹焊缝的自动跟踪，如弯曲成都较大的焊缝轨迹以及折线焊缝折角处的焊缝跟踪。采用双传感预估检验校准的融合方法进行信息处理，将融合后的信息作为执行机构的焊缝偏差调节量，完成焊缝自动跟踪。

目前，多传感器融合技术在焊接领域有了一定发展，但在埋弧焊和多层焊焊缝跟踪领域研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对于单道多层埋弧焊激光-磁控电弧复合式焊缝跟踪方法。

为了实现上述目的，提出一种单道多层埋弧焊激光-磁控电弧复合式焊缝的精确跟踪方法，提高焊缝质量和焊缝跟踪的精度。并采取以下技术方案：