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1、第27卷第7期焊接学报Vol.27No.72006年7月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJuly2006新型埋弧焊焊缝跟踪系统的信号处理方法洪波,黄俊,潘际銮,屈岳波(湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭411105)摘要:基于直接电弧式传感器埋弧焊焊缝自动跟踪系统,针对传统的焊接电流检偏法精度不高的缺点,提出了一种全新的电弧信号处理方法和控制策略,即电流—电压双控检测法。并利用MATLAB提供的仿真工具建立了仿真模型,研究了不同情况下的调整因子对检测效果的影响,并得出仿真波形。经试验验证,将仿真结果与试验结果相比较,两者基本达到一致,
2、焊缝跟踪精度得到了显著地提高,从而为研究埋弧焊焊缝自动跟踪系统提供一个强有力的工具。关键词:埋弧焊;电流—电压双控检测法;MATLAB仿真洪波中图分类号:TG409文献标识码:A文章编号:0253-360X(2006)07-053-040序言大和光电隔离以及滤波后的焊接电流和电弧电压采样波形如图1b和图1d所示,这种信号波形基本上焊接过程的自动化和智能化是未来焊接技术的能把电弧位置的特征信息反映出来。图1中焊接电发展方向[1]。埋弧焊作为最早获得应用的机械化焊流650A;电弧电压29V;焊枪摆动频率3.05Hz;焊接方法在工业生产中应用非常广泛。随着生产自动丝H08Mn2Si;
3、焊剂431;试块材料45钢。电流传感化和智能化的发展,对焊接的要求也越来越高,为了器的放大倍数200;电压传感器的放大倍数10。得到高质量的焊缝,必须进行焊缝自动跟踪。直接电弧式传感器对焊接过程中的强光、电、磁场以及噪2焊接电弧信号的处理声等干扰不敏感,而且成本低廉,具有广泛的发展前途。文中主要研究了基于直接电弧式传感器埋弧焊对于直接电弧传感式埋弧焊焊缝自动跟踪系统焊缝自动跟踪系统,提出了一种全新的电弧信号处的研究,传统的控制方法通常是通过不同的手段提理方法和控制策略,即电流—电压双控检测法,并利取焊缝位置的焊接电流偏差,根据焊接电流偏差来用MATLAB提供的仿真工具建立了仿真
4、模型,研究调节执行机构以达到焊缝纠偏的目的,即常说的电了不同情况下的调整因子对检测效果的影响。经试流检偏法。但对一个时变、多因数、非线性复杂系统验结果证明,该系统能可靠地实现焊缝的自动跟踪,而言,仅靠单独采用传统的电流检偏法或单独采用与传统控制方法相比,焊缝跟踪精度得到了显著地弧压检偏法均难以实现精确的焊缝跟踪信号的处理提高。和控制。为了提高跟踪的准确性,作者在电流检偏法的基础上,提出了一种全新的控制方法,将电流—1焊接电流和电弧电压波形电压双控检测法引入到埋弧焊焊缝自动跟踪系统中。从电弧传感器中采样得到的焊接电流和电弧电所谓电流—电压双控检测法就是当根据焊接电压信号的原始波形
5、如图1a和图1c所示。因焊接过流或电弧电压单独检测出来的焊缝的偏差小于某一程是一个多因素的复杂过程,即使排除偶尔的引弧给定的偏差Eo时,由于偏差值过小,无法保证调节断弧过程,其焊接电流和电弧电压波形都是杂乱无机构及时响应而影响跟踪精度的情况下,利用物理章的,含有丰富的谐波以及噪声干扰和短路尖峰脉学中的波形叠加原理,综合焊接电流和电弧电压两冲。这种原始的采样波形并不是所需要的波形,必者,使两者形成优化配置,相当于在相同的焊接条件须首先从硬件电路方面处理焊接电弧信号。经过放下放大偏差值Ei,这有利于提高执行机构响应速度和跟踪精度。收稿日期:2005-06-0754焊接学报第27卷图
6、1焊接电弧信号波形Fig.1Signalwaveformofweldingarc211电弧摆动焊缝横向偏差传感信息处理况调整,因为在实际的焊接过程中,电弧负载要受到根据电弧传感器的原理,在埋弧焊焊接电源为熔滴过渡、短路、送丝抖动、焊剂阻力等的影响。下降外特性的条件下,电弧摆动横向扫描焊缝坡口2.2电流—电压双控检测法的应用时,电流变化反映电弧在坡口两侧的相对高度,也就由于埋弧焊焊接电源的外特性为下降特性,在反映焊炬横向对中的情况,即横向偏差的大小,同相同的焊接条件下,电弧弧长Δl变化相同时,电弧电[2]时,电弧高度的变化也反映了电弧电压的变化。压的变化比焊接电流的变化要明显一些
7、。换句话首先利用目前国内外最常用的积分差值法来分析焊说,在相同的焊接条件下,电弧弧长Δl变化相同时,接电流和电弧电压的变化。焊接时,电弧横向摆动由电弧电压检测出来的焊缝偏差值总是大于由焊接扫描V形坡口焊缝,先做几点假设。电流检测出来的焊缝偏差值。在对焊接电弧信号进(1)焊炬在V形坡口焊缝正上方摆动是均匀行处理和控制时,首先根据焊接电流在一个周期内的。扫描坡口得到焊缝偏差值Ei与给定的偏差值E0相(2)采样点在焊缝的左端从θ0开始,采样区间比较,若Ei>E0,则执行焊接电流控制程序;若Ei<为