基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法

本发明涉及埋弧焊多层多道盖面焊跟踪领域，是一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法。

背景技术：

1、多层多道埋弧焊作为一种厚板焊接方法，有着焊缝成型美观、效率高等优点，广泛应用于大型起重装备、航空航天、核电建设等领域。然而，在进行多层多道盖面焊缝焊接时，由于盖面焊缝高度与坡口两侧齐平，难以依据坡口特征对盖面焊缝进行准确的跟踪，大大降低了焊缝跟踪的精度。针对以上难题，本发明公开了一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，依据盖面焊缝表面平整度差异，从而实现对盖面焊缝的跟踪。

技术实现思路

1、基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，用于跟踪埋弧焊多层多道盖面焊缝，其特征在于：所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法是利用基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪系统实现的；所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪系统是由埋弧焊焊接电源、埋弧焊焊接机器人、电弧信号采集系统、埋弧焊焊枪摆动控制器、程控滤波器、编码器组成的；所述的埋弧焊焊接电源用于提供焊接所需能量；所述的焊接机器人有着三个自由度，用于控制焊枪上下、前后移动并在垂直于焊接方向上摆动；所述的电弧信号采集系统用于采集焊接电压；所述的程控滤波器用于滤除所采集到的电弧信号中的高频噪声，通过更改截止频率以获得更好的滤波效果；所述的编码器与摆动轴相连，用于获取焊枪实际摆动位置与摆动频率。基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪系统原理图如图1所示。

2、所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用自适应摆动频率的电弧信号滤波方法滤除电弧信号中的高频噪声；所述的自适应摆动频率的电弧信号滤波方法是通过编码器获取焊枪当前摆动频率f，再修改程控滤波器的截止频率使其与焊枪摆动频率f一致，从而实现对电弧信号中高频噪声的滤除；所述的焊枪摆动频率f的获取是利用编码器记录焊枪连续两次回到摆动中心时的脉冲数m，从而获得焊枪当前摆动频率f＝f/2m，其中f为编码器脉冲输出频率。

3、所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法识别并跟踪盖面焊缝边缘；所述的基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法是通过计算摆动周期内相邻两个采样点的电压值之差的绝对值δu＝|ui-ui+1|(i＝1，2，3......，表示为采样点)，并统计满足条件δu>0的采样点总数n，然后将n与预设阈值进行比较分析所实现的，包括盖面焊缝左侧边缘识别方法与盖面焊缝右侧边缘识别方法；所述的盖面焊缝左侧边缘识别方法指在跟踪盖面焊缝左侧边缘时，若n＞(imax/2)+k，则焊枪右偏，若n＜(imax/2)-k，则焊枪左偏，否则认为不存在偏差，其中k为预设的偏差阈值，imax为摆动周期内采样点总数；所述的盖面焊缝右侧边缘识别方法指在跟踪盖面焊缝右侧边缘时，若n＞(imax/2)+k，则焊枪右偏，若n＜(imax/2)-k，则焊枪左偏，否则认为不存在偏差；所述的摆动周期为焊枪从摆动中心开始先向左摆再向右摆最后回到摆动中心时所需时间，其中焊枪以摆动中心为基准向左摆与向右摆的幅度相等。

4、所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用基于电弧传感的盖面焊缝识别方法识别盖面中间焊缝与最后一条焊缝(即盖面焊缝边缘)，从而选择相应的焊缝跟踪方法进行跟踪；所述的基于电弧传感的盖面焊缝识别方法是通过计算摆动周期中电弧信号标准差sc并与预设的阈值sset进行比较分析所实现的，当sc＞sset时，进行盖面中间焊缝的焊接，选择基于电弧传感的盖面中间焊缝偏差识别方法跟踪盖面中间焊缝，当sc≤sset时，进行最后一条焊缝的焊接，若焊接方向为从左到右，选择盖面焊缝右侧边缘识别方法跟踪最后一条焊缝，若焊接方向为从右到左，则选择盖面焊缝左侧边缘识别方法跟踪最后一条焊缝；所述的盖面中间焊缝指盖面焊缝中除第一条与最后一条焊缝外的所有焊缝；所述的基于电弧传感的盖面中间焊缝偏差识别方法包括左侧焊缝偏差识别方法与右侧焊缝偏差识别方法；所述的左侧焊缝偏差识别方法指在以从左到右的顺序焊接盖面中间焊缝时，计算摆动周期中后半个摆动周期电弧信号积分值ill与前半个摆动周期电弧信号积分值ilp之差并与预设的左右偏差阈值δilset1与δilset2进行比较分析，当ill-ilp＞δilset1时，认为焊枪左偏，当ill-ilp＜δilset2时，焊枪右偏，否则认为不存在偏差；所述的右侧焊缝偏差识别方法指在在以从右到左的顺序焊接盖面中间焊缝时，计算摆动周期中前半个摆动周期电弧信号积分值irp与后半个摆个周期电弧信号积分值irl之差并与预设的左右偏差阈值δirset1与δirset2进行比较分析，当irp-irl＜δirset1时，认为焊枪左偏，当irp-irl＞δirset2时，认为焊枪右偏，否则认为不存在偏差。埋弧焊多层多道盖面焊缝示意图如图3所示。

5、发明的有益效果

6、本发明涉及埋弧焊焊多层多道焊缝跟踪领域，是一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法。针对在埋弧焊多层多道盖面焊过程中，由于焊缝与坡口高度齐平，降低焊缝跟踪精度的难题，提出了一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，利用自适应摆动频率电弧信号滤波方法滤除电弧信号中的高频噪声；利用基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法识别并跟踪盖面焊缝边缘；利用基于电弧传感的盖面中间焊缝焊缝偏差方法跟踪盖面中间焊缝；利用基于电弧传感的盖面焊缝识别方法识别盖面中间焊缝与最后一条焊缝，从而选择相应的焊缝跟踪方法。

技术特征：

1.基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，用于跟踪埋弧焊多层多道盖面焊缝，其特征在于：所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法是利用基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪系统实现的；所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪系统是由埋弧焊焊接电源、埋弧焊焊接机器人、电弧信号采集系统、程控滤波器、编码器组成的；所述的埋弧焊焊接电源用于提供焊接所需能量；所述的焊接机器人有着三个自由度，用于控制焊枪上下、前后移动并在垂直于焊接方向上摆动；所述的电弧信号采集系统用于采集焊接电压；所述的程控滤波器具有可编程性的特点，能够通过控制信号改变自身参数，从而获得最佳滤波效果，用于滤除所采集到的电弧信号中的高频噪声；所述的编码器与摆动轴相连，用于获取焊枪实际摆动位置。

2.根据权利要求1所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用自适应摆动频率的电弧信号滤波方法滤除电弧信号中的高频噪声；所述的自适应摆动频率的电弧信号滤波方法是通过编码器获取焊枪当前摆动频率f，再修改程控滤波器的截止频率使其与焊枪摆动频率f一致，从而实现对电弧信号中高频噪声的滤除；所述的焊枪摆动频率f的获取是利用编码器记录焊枪连续两次回到摆动中心时的脉冲数m，从而获得焊枪当前摆动频率f＝f/2m，其中f为编码器脉冲输出频率。

3.根据权利要求1所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法识别并跟踪盖面焊缝边缘；所述的基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法是通过计算摆动周期内相邻两个采样点的电压值之差的绝对值δu＝|ui-ui+1|(i＝1,2,3……，表示为采样点)，并统计满足条件δu>0的采样点总数n，然后将n与预设阈值进行比较分析所实现的，包括盖面焊缝左侧边缘识别方法与盖面焊缝右侧边缘识别方法；所述的盖面焊缝左侧边缘识别方法指在跟踪盖面焊缝左侧边缘时，若n>(imax/2)+k，则焊枪右偏，若n<(imax/2)-k，则焊枪左偏，否则认为不存在偏差，其中k为预设的偏差阈值，imax为摆动周期内采样点总数；所述的盖面焊缝右侧边缘识别方法指在跟踪盖面焊缝右侧边缘时，若n>(imax/2)+k，则焊枪右偏，若b<(imax/2)-k，则焊枪左偏，否则认为不存在偏差；所述的摆动周期为焊枪从摆动中心开始先向左摆再向右摆最后回到摆动中心时所需时间，其中焊枪以摆动中心为基准向左摆与向右摆的幅度相等。

4.根据权利要求1所述的基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，其特征在于：利用基于电弧传感的盖面焊缝识别方法识别盖面中间焊缝与最后一条焊缝(即盖面焊缝边缘)，从而选择相应的焊缝跟踪方法进行跟踪；所述的基于电弧传感的盖面焊缝识别方法是通过计算摆动周期中电弧信号标准差sc并与预设的阈值sset进行比较分析所实现的，当sc>sset时，进行盖面中间焊缝的焊接，选择基于电弧传感的盖面中间焊缝偏差识别方法跟踪焊缝，当sc≤sset时，进行最后一条焊缝的焊接，若焊接方向为从左到右，选择盖面焊缝右侧边缘识别方法跟踪最后一条焊缝，若焊接方向为从右到左，则选择盖面焊缝左侧边缘识别方法跟踪最后一条焊缝；所述的盖面中间焊缝指盖面焊缝中除第一条与最后一条焊缝外的所有焊缝；所述的基于电弧传感的盖面中间焊缝偏差识别方法包括左侧焊缝偏差识别方法与右侧焊缝偏差识别方法；所述的左侧焊缝偏差识别方法指在以从左到右的顺序焊接盖面中间焊缝时，计算摆动周期中后半个摆动周期电弧信号积分值ill与前半个摆动周期电弧信号积分值ilp之差并与预设的左右偏差阈值δilset1与δilset2进行比较分析，当ill-ilp>δilset1时，认为焊枪左偏，当ill-ilp<δilset2时，焊枪右偏，否则认为不存在偏差；所述的右侧焊缝偏差识别方法指在在以从右到左的顺序焊接盖面中间焊缝时，计算摆动周期中前半个摆动周期电弧信号积分值irp与后半个摆个周期电弧信号积分值irl之差并与预设的左右偏差阈值δirset1与δirset2进行比较分析，当irp-irl<δirset1时，认为焊枪左偏，当irp-irl>δirset2时，认为焊枪右偏，否则认为不存在偏差。

技术总结本发明涉及埋弧焊焊多层多道焊缝跟踪领域，是一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法。针对在埋弧焊多层多道盖面焊过程中，由于焊缝与坡口高度齐平，降低焊缝跟踪精度的难题，提出了一种基于电弧传感的埋弧焊多层多道盖面焊跟踪方法，利用自适应摆动频率电弧信号滤波方法滤除电弧信号中的高频噪声；利用基于电弧传感的盖面焊缝边缘位置识别方法跟踪盖面焊缝边缘；利用基于电弧传感的盖面中间焊缝焊缝偏差识别方法跟踪盖面中间焊缝；利用基于电弧传感的盖面焊缝识别方法识别盖面中间焊缝与最后一条焊缝，从而选择相应的焊缝跟踪方法。技术研发人员：王东前,李高阳,付雪琳,贾爱亭,洪波受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13