一种基于磁控-温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁控

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法


[0001]本专利技术属于焊缝偏差信息提取
，具体涉及一种基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法。

技术介绍

[0002]焊接在工业生产中有着很广泛的应用，尤其在汽车、建筑和航空航天领域。然而，当前普通磁控电弧传感器一般以控制、采集电弧电流信号的工作方式，但这种方式缺乏稳定性和准确性，对焊接环境的稳定性要求很高，不利于持续稳定情况下的焊缝偏差信息提取。而磁控
‑
温度传感器是利用温度传感器的温度变化率值通过以建立的函数关系式来实时反映焊缝偏差信息，也就是说温度传感器显示多少数值，就可以实时准确反映电弧位置即焊缝偏差信息，同时由于温度传感器不受磁场和电弧电流信号的影响，与其它普通的传感器相比，其适应性相对来说更加强，因此具有更好的应用发展前景。
[0003]专利CN105562886B采用磁控旋转电弧应用于堆焊，使电弧按规定频率扫描堆焊层焊缝，由磁控电弧传感器获得焊缝信息，输入主控进行处理输出给识别控制器，识别堆焊层表面形貌并确定焊缝偏差信号，结合形貌信号求解焊炬最佳姿态信号，输出给主控制器驱动执行机构和变位进行焊炬空间姿态调整，从而实现表面焊缝跟踪。该专利技术虽然能有效解决堆焊过程的焊缝偏差信息提取，实现多层多道焊缝跟踪，但是当磁控不稳定情况下旋转电弧也呈现不受控制时，主控制器获得来自识别控制器的数据信息也行不稳定的，从而无法确保焊炬姿态控制的准确性。
[0004]专利CN109719369B该专利技术利用多级电容传感器采集电容至工件的距离信息，得到多点的位置后由三次样条插值算法拟合出电弧预测轨迹，再将得到的高度函数转化成电流函数作为标准电流信号输入电流跟踪电路，通过控制磁控电弧传感器的脉冲占空比完成实时纠偏，实现自动化焊接。虽然通过多级电容传感器可以实时获取位置信息，并采用三次样条插值算法得到电弧预轨迹从而进行焊缝偏差提取，但是无法保证多级电容产生磁控是在稳定情况下的，也就是通过该专利技术提取到的焊缝偏差也是存在着磁控不稳定的问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种能够确保不受磁场和电弧电流信号稳定性影响且能有效提高焊缝偏差信息提取准确性和适应性的基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法。
[0006]针对上述问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]本实施例采用基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法，通过磁控
‑
温度传感器采集电弧在任何位置时电流数据信号I和电弧柱平均温度值Tii，再利用霍尔传感器获取焊接电流信号，然后分别采用巴特沃斯硬件滤波和小波分析软件处理方式，获得可直接输入的电弧电流变化值。将电弧电流变化值输入温度
‑
电弧函数关系式中输出温度传感器温度变化率值，再通过温度传感器的温度变化率值直接反映电弧位置偏差特征值，结合
电弧电流信号值所确定的电弧位置来反映坡口焊缝偏差信息，从而实现由温度变化率值获得焊缝偏差信息的新方式，为焊缝坡口识别、焊缝自动跟踪、焊枪姿态调整等多种场合提供一种新型焊缝偏差信息提取方法。
[0008]第一步，所采用的磁控
‑
温度传感器包括焊枪(1)、导磁铁芯(2)、励磁线圈(3)、多向磁极(4)、温度传感器探头(5)、温度传感器(7)，通过在导磁铁芯周围缠绕线圈，施加交变激励电流，产生垂直于电弧柱方向交变磁场。同时在磁控电弧传感器的周围阵列n对温度传感器(T1、T2…
T
n
)，其中温度传感器的位置对称均匀分布于多向磁极下方，且与多向磁极固定为一体，从而确保置于前方的温度传感器探头可以均匀地采集到电弧在任何位置时的电弧柱平均温度值，通过电弧柱的平均温度值计算出温度变化率值，并建立温度变化率和电弧位置之间的函数关系，分析电弧位置变化在不同温度变化率情况下的表征规律，即可直接通过采用温度传感器的温度变化率替代电弧电流信号值的方式，从而提取反映焊缝偏差位置特征值信息。
[0009]第二步，由第一步中的温度变化率值和电弧电流信号值可得，建立以温度差变化率与电弧位置之间函数，通过计算n对相互对称分布的温度传感器的电弧柱平均温度值，从而得到温度变化率值，再通过运用牛顿插值法来确定电弧在温度传感器探头水平截面的X、Y方向距离值即电弧相对坐标(x
i
,y
i
)，则有：
[0010][0011]式中H，L分别为磁控
‑
温度传感器的长和宽。
[0012]将采集到的电弧电流信号转换为电弧弧长l
θ
和摆动偏角θ
i
信号，则有：
[0013]假设电弧摆动均匀平稳产生，即摆动偏角θ
i
＝kt，(式中k为比例系数，t为电弧摆动时间)。
[0014]由于焊缝坡口状态主要是焊枪高度变化，也就是电弧长度变化。而电弧长度变化也与其他参数有关，则电弧弧长数学模型表示为：l＝KI+b，(式中：I为焊接电流值；K,b与电源特性，焊接材料有关的比列系数)
[0015]第三步通过多元线性回归方程模型建立温度变化率与电弧位置的多个数据函数关系式,具体有：
[0016]设t1，t2是控制变量，x
i
和y
i
(i＝1,2,3
…
n，表示n对温度传感器)为一随机变量，则它们之间有关系：
[0017]kx
i
+ly
i
＝b0+b1t1+b2t2+ε
[0018]ε～N(0,σ2)
[0019]上述公式中t1，t2的控制变量代表电弧弧长l
θ
和摆动偏角θ
i
数据。
[0020]最后采用最小二乘估计法来对参数b0，b1，b2，σ2进行点估计获得拟合效果更好的函数关系式，从而达到响应地实时性和准确性。
[0021]由上述方程可得拟合后函数关系式为：
[0022][0023]ε～N(0,σ2)
[0024]同时假设当最小二乘估计就是要取参数向量B合适估计值，使得Q达到最小，设B的估计值为则应该满足于：
[0025][0026]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术采用磁控
‑
温度传感器，通过采集电弧在任意位置时电弧电流信号数据和电弧中心柱平均温度值，再分别采用小波分析滤波算法和有效值间双重去极值平均法，获得电弧电流变化值和电弧中心柱均温值，然后将两者数据输入以建立的温度
‑
电弧电流函数关系式中输出温度传感器的温度变化率值，再通过温度传感器的温度变化率值直接反映电弧偏差信息，结合电弧电流信号值所确定下的电弧位置来反映坡口焊缝偏差信息。最后可实现磁场和电弧电流信号在不稳定状态下的焊缝偏差信息提取，为焊缝自动跟踪、焊枪姿态调整提供新思路。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差提取方法，其特征在于：所述通过磁控
‑
温度传感器采集电弧在任意位置时刻电弧电流信号值I和电弧柱平均温度值T
ii
，将电弧电流信号值输入温度
‑
电弧函数关系式中输出温度传感器温度变化率值，再通过温度传感器的温度变化率值直接反映电弧位置偏差特征值，结合电弧电流信号值所确定的电弧位置来反映坡口焊缝偏差信息，从而实现通过温度变化率值获得焊缝偏差信息的新方式，为焊缝跟踪提供一种新型焊缝偏差信息提取方法。2.根据权利要求1所述基于磁控
‑
温度传感的实时焊缝偏差信息提取方法，其特征在于：所述磁控
‑
温度传感器是通过在导磁铁芯(2)周围缠绕线圈，施加交变激励电流，产生垂直于电弧柱方向交变磁场，同时在磁控电弧传感器下方周围阵列n对温度传感器(T1、T2…
T
n
)，而温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，李雄，王登科，周元新，秦子濠，马伊健，李国林，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：