專利名稱：一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體的說(shuō)，是涉及多絲焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要促進(jìn)了我國(guó)先進(jìn)焊接成形技術(shù)的快速發(fā)展，在大型結(jié)構(gòu)的整體焊接工藝、焊接變形控制、接頭性能調(diào)控以及焊接結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)研究等方面取得不少進(jìn)展，但在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件空間焊接成形制造方面還與國(guó)家重大需求和國(guó)際水平有很大差距。航空航天、艦船及海洋工程、核能等涉及很多大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如超大厚度、超大焊接截面、復(fù)雜及空間焊縫等超常結(jié)構(gòu)及超常環(huán)境焊接，迫切需要研究與發(fā)展大型復(fù)雜構(gòu)件的高效焊接方法，空間位置焊接是其關(guān)鍵支撐技術(shù)。目前，多絲共熔池的熔化極氣體保護(hù)焊接技術(shù)由于其高的焊接速度、高的熔敷速度得到了廣泛應(yīng)用。試驗(yàn)研究表明雙絲焊的速度和熔敷率是單絲焊的3 4倍，三絲焊又是單絲焊的4 5倍以上，而且不僅可以用于中厚板焊接，也可用于薄板焊接，特別是一次成型的快速焊接。生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，多絲共熔池的焊接技術(shù)不但具有高效特點(diǎn)，同時(shí)還具有對(duì)熔池空間尺寸、組織成分可控性的功能，如類似于手工焊時(shí)，焊工通過(guò)各種手法，改變?nèi)鄢乜臻g尺寸，實(shí)現(xiàn)各種位置焊接；多絲共熔池焊接技術(shù)也可以通過(guò)設(shè)置各絲的工藝參數(shù)改變?nèi)鄢氐目臻g尺寸，同時(shí)通過(guò)高溫熔體金屬在多熱源間的流動(dòng)，調(diào)節(jié)焊縫組織的均勻性，提高焊縫質(zhì)量。然而大型復(fù)雜空間位置焊接過(guò)程中，由于在不同焊接位置焊接電弧、熔滴及焊接熔池受力情況的不同，影響了電弧的熔滴過(guò)渡以及熔池形成，造成實(shí)際中常常出現(xiàn)熔合不良，未焊透等焊接缺陷。因此在單絲或雙絲焊接時(shí)，為了提高焊接質(zhì)量，經(jīng)常采用分區(qū)設(shè)置焊接工藝或者采用示教，這樣在一定程度上降低了工作效率。同時(shí)，目前采用雙絲或三絲焊接時(shí)，多電弧之間的電磁干擾、多熱源與力源的交互作用，使得人們對(duì)焊接參數(shù)、焊接空間位置、焊絲姿態(tài)對(duì)熔滴過(guò)渡與熔池形態(tài)的影響機(jī)理尚未完全了解，因此即使是雙絲或三絲焊接，其對(duì)熔池可控性的功能并未得到應(yīng)有的發(fā)揮，尤其是在大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的焊接上， 目前的技術(shù)尚不能通過(guò)工藝來(lái)保證焊縫的幾何尺寸和組織性能的完全一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接效率低，焊接質(zhì)量不一致的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種多絲焊接系統(tǒng)及其控制方法，以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地完成大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的焊接。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)設(shè)置有焊絲的焊槍， 該系統(tǒng)還包括焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置、空間位置傳感器、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置、焊縫跟蹤傳感器、焊槍控制裝置、焊接參數(shù)控制裝置和多電弧電磁解耦裝置；
所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置、所述空間位置傳感器、所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置和所述焊縫跟蹤傳感器安裝在所述焊槍上；所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置包括磁場(chǎng)信號(hào)傳感器、溫度傳感器和光信號(hào)傳感器，分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接過(guò)程中的磁信號(hào)、溫度信號(hào)和光信號(hào)，并將所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述空間位置傳感器為至少三個(gè)，用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接空間位置信號(hào)，并將所述焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置包括電壓傳感器和電流傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并將所述焊接電壓信號(hào)和所述焊接電流信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊縫跟蹤傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊縫位置信號(hào)，并將所述焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)剿龊笜尶刂蒲b置；所述焊槍控制裝置用于調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)所述焊槍的焊接姿態(tài)，并實(shí)時(shí)將焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊接參數(shù)控制裝置用于調(diào)節(jié)每個(gè)所述焊槍的焊接電壓和焊接電流；所述多電弧電磁解耦裝置對(duì)所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)、所述光信號(hào)、所述焊接空間位置信號(hào)、所述焊接電壓信號(hào)、所述焊接電流信號(hào)、所述焊接速度信號(hào)和所述焊接姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算維持熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性不變所需要的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，以控制所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置。一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟(1)在所述焊槍控制裝置中確定焊接過(guò)程原點(diǎn)坐標(biāo)，并給定第一焊接速度；(2)所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置將測(cè)量的所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述空間位置傳感器將測(cè)量的所述焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置將所測(cè)量當(dāng)前時(shí)刻的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊槍控制裝置將當(dāng)前時(shí)刻的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊縫跟蹤傳感器將實(shí)時(shí)測(cè)量的所述焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)剿龊笜尶刂蒲b置；(3)所述多電弧電磁解耦裝置利用采集到的所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)解耦計(jì)算出每個(gè)電弧產(chǎn)生的電弧形態(tài)和電弧能量分布；(4)所述多電弧電磁解耦裝置利用計(jì)算得到的所述電弧形態(tài)和所述電弧能量分布，結(jié)合采集到的所述焊接空間位置信號(hào)、所述焊接電壓信號(hào)、所述焊接電流信號(hào)、所述焊接速度信號(hào)和所述焊接姿態(tài)信號(hào)，計(jì)算熔滴受力、熔滴幾何尺寸和熔滴過(guò)渡形式；(5)所述多電弧電磁解耦裝置利用計(jì)算得到的所述熔滴受力、所述熔滴幾何尺寸、 所述熔滴過(guò)渡形式、所述電弧形態(tài)和所述電弧能量分布，計(jì)算出熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性；(6)所述多電弧電磁解耦裝置將計(jì)算得到的所述熔池幾何尺寸和所述熔體金屬流變特性數(shù)值與上一時(shí)刻的數(shù)值相比較，判斷其是否改變，如果是，則執(zhí)行步驟(7)；如果否， 則執(zhí)行步驟⑶；
(7)所述多電弧電磁解耦裝置調(diào)整所述焊槍控制系統(tǒng)和所述焊接參數(shù)控制系統(tǒng)；(8)所述多電弧電磁解耦裝置維持所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置不變，流程結(jié)束。其中，所述步驟(7)具體包括如下步驟a.所述多電弧電磁解耦裝置根據(jù)維持上一時(shí)刻不變的所述熔滴幾何尺寸和所述熔體金屬流變特性數(shù)值，計(jì)算出新的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并分別傳遞給所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置，b.所述焊槍控制裝置根據(jù)新的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)，調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)所述焊槍的焊接姿態(tài)；所述焊接參數(shù)控制裝置根據(jù)新的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)， 調(diào)節(jié)每個(gè)所述焊槍的焊接電壓和焊接電流。c.重新執(zhí)行步驟(2)至步驟(6)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接過(guò)程的各種物理信號(hào)，分析并解耦電弧信號(hào)，實(shí)時(shí)根據(jù)焊接過(guò)程中焊接結(jié)構(gòu)空間位置的變化，計(jì)算出需要保持熔池一致性所需的焊接速度、焊槍姿態(tài)、 焊接電壓和焊接電流，并加以調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在焊接空間位置變化時(shí)的連續(xù)焊接， 保證了在空間任何位置和形狀變化情況下，焊縫幾何尺寸和焊接質(zhì)量保持一致性，提高了焊接質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明提供的多絲焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的多絲焊接控制方法的流程圖。圖中1、焊接電源、2、多電弧電磁解耦裝置、3、焊槍控制裝置，4、焊接參數(shù)控制裝置，5、焊縫跟蹤傳感器，6、焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置，7、空間位置傳感器，8、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置、9、焊槍，10、焊絲，11、待焊工件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，本實(shí)施例披露了一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)，也可以稱為針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的焊接機(jī)器人，由焊槍9、焊絲10、焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置 6、空間位置傳感器7、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置8、焊縫跟蹤傳感器5、焊槍控制裝置3、焊接參數(shù)控制裝置4和多電弧電磁解耦裝置2構(gòu)成。其中焊槍9的數(shù)目至少是兩個(gè)，每個(gè)焊槍6內(nèi)設(shè)有一根焊絲10。焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置6、空間位置傳感器7、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置8和焊縫跟蹤傳感器5安裝在焊槍9上。焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置6用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接過(guò)程中的磁場(chǎng)、溫度和光等物理信號(hào)，包括用于采集磁信號(hào)的磁場(chǎng)信號(hào)傳感器、用于采集溫度信號(hào)的溫度傳感器和用于采集光信號(hào)的光信號(hào)傳感器。例如，磁場(chǎng)信號(hào)傳感器可以選用霍爾式傳感器，溫度傳感器可以選用熱電偶，光信號(hào)傳感器可以選用光譜儀。焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置6還用于實(shí)時(shí)將采集到的磁信號(hào)、溫度信號(hào)和光信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2?？臻g位置傳感器7為至少三個(gè)，用于確定焊縫的空間“絕對(duì)位置”，其可以選用現(xiàn)有自動(dòng)化焊接設(shè)備上普遍采用的空間位置傳感器。空間位置傳感器7用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接空間位置信號(hào)，并將焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2。焊接參數(shù)檢測(cè)裝置8用于測(cè)量焊接過(guò)程中的焊接參數(shù)，即焊接電壓和焊接電流。 焊接參數(shù)檢測(cè)裝置8包括電壓傳感器和電流傳感器，分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并將焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2。其中，電壓傳感器和電流傳感器可以選用現(xiàn)有焊機(jī)上通用的傳感器。焊縫跟蹤傳感器5能夠保證焊接路徑不發(fā)生偏移，焊縫跟蹤傳感器5可以是CCD 傳感器或機(jī)器視覺(jué)傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊縫位置信號(hào)，并將焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)胶笜尶刂蒲b置3。焊槍控制裝置3根據(jù)空間位置不同、焊接方向不同(如上坡焊、下坡焊等)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)焊槍9的焊接姿態(tài)，并實(shí)時(shí)將焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2。焊接參數(shù)控制裝置4根據(jù)焊接位置的改變，用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)每個(gè)焊槍9的焊接電壓和焊接電流。多電弧電磁解耦裝置2對(duì)采集到的磁信號(hào)、溫度信號(hào)、光信號(hào)、焊接空間位置信號(hào)、焊接電壓信號(hào)、焊接電流信號(hào)、焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，將多電弧的共同作用解耦成單電弧的疊加作用，進(jìn)而計(jì)算該時(shí)刻下的熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性。當(dāng)焊接空間位置發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)新采集到的上述各信號(hào)計(jì)算出新的熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性，并與上一時(shí)刻的熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性進(jìn)行比較，判斷其是否改變。如果改變，多電弧電磁解耦裝置2實(shí)時(shí)計(jì)算維持熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性不變所需要的新的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，新的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳遞到焊槍控制裝置3，控制焊槍速度和每個(gè)焊槍的焊槍姿態(tài)，新的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳遞到焊接參數(shù)控制裝置4，控制焊接電壓和焊接電流。如圖2所示，本實(shí)施例還公開(kāi)了該針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)的控制方法，該方法包括如下步驟101 啟動(dòng)焊接電源1，在焊槍控制裝置3中確定焊接過(guò)程原點(diǎn)坐標(biāo)，并給定焊接速度。其中，在執(zhí)行本步驟之前，待焊工件11應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的焊接要求進(jìn)行預(yù)處理等準(zhǔn)備工作；102 焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置6將測(cè)量的磁信號(hào)、溫度信號(hào)和光信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2 ；空間位置傳感器7將測(cè)量的焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2 ；焊接參數(shù)檢測(cè)裝置8將所測(cè)量當(dāng)前時(shí)刻的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2 ；焊槍控制裝置5將當(dāng)前時(shí)刻的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)蕉嚯娀‰姶沤怦钛b置2，焊縫跟蹤傳感器5將實(shí)時(shí)測(cè)量的焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)胶笜尶刂蒲b置3 ；103 多電弧電磁解耦裝置2利用采集到的磁信號(hào)、溫度信號(hào)和光信號(hào)解耦計(jì)算出每個(gè)電弧產(chǎn)生的電弧形態(tài)和電弧能量分布；所用到的計(jì)算方法是玻爾茲曼圖解法、Abel逆變換法和反問(wèn)題算法；104:多電弧電磁解耦裝置2利用上部計(jì)算得到的電弧形態(tài)和電弧能量分布，結(jié)合采集到的焊接空間位置信號(hào)、焊接電壓信號(hào)、焊接電流信號(hào)、焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)，計(jì)算熔滴受力、熔滴幾何尺寸和熔滴過(guò)渡形式；所用到的計(jì)算方法是傳熱傳質(zhì)公式、計(jì)算流體力學(xué)和牛頓力學(xué)；105 多電弧電磁解耦裝置2利用計(jì)算得到的熔滴受力、熔滴幾何尺寸、熔滴過(guò)渡形式、電弧形態(tài)和電弧能量分布，計(jì)算出熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性；其中，該步驟具體為多電弧電磁解耦裝置2利用計(jì)算得到的熔滴受力、熔滴幾何尺寸和熔滴過(guò)渡形式、電弧形態(tài)和電弧能量分布，計(jì)算出焊接熔池的溫度場(chǎng)、三維幾何尺寸和表面變形；多電弧電磁解耦裝置2利用計(jì)算得到的焊接熔池的溫度場(chǎng)、三維幾何尺寸和表面變形，計(jì)算出熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性。其中，計(jì)算出焊接熔池的溫度場(chǎng)、三維幾何尺寸和表面變形所用到的計(jì)算方法是傳熱傳質(zhì)公式、Stefan理論、VOF數(shù)值仿真方法、水波理論。其中，計(jì)算出熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性所用到的計(jì)算方法是斯托克斯-愛(ài)因斯坦方程。106 多電弧電磁解耦裝置2將該時(shí)刻下計(jì)算得到的熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性數(shù)值與上一時(shí)刻的數(shù)值相比較，判斷其是否改變，如果是，則執(zhí)行步驟107 ；如果否， 則執(zhí)行步驟108。107 多電弧電磁解耦裝置2調(diào)整焊槍控制系統(tǒng)3和焊接參數(shù)控制系統(tǒng)4 ；其中，該步驟具體為多電弧電磁解耦裝置2根據(jù)維持上一時(shí)刻不變的熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性數(shù)值，計(jì)算出新的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并將新的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳遞給焊槍控制裝置3，將新的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳遞給焊接參數(shù)控制裝置4。焊槍控制裝置3根據(jù)新的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)，調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)焊槍的焊接姿態(tài)；焊接參數(shù)控制裝置4根據(jù)新的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，調(diào)節(jié)每個(gè)焊槍9的焊接電壓和焊接電流；之后重新執(zhí)行步驟102至步驟106。108 多電弧電磁解耦裝置2維持焊槍控制裝置3和焊接參數(shù)控制裝置4不變，流程結(jié)束。綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接過(guò)程的各種物理信號(hào)，分析并解耦電弧信號(hào)，實(shí)時(shí)根據(jù)焊接過(guò)程中焊接結(jié)構(gòu)空間位置的變化，計(jì)算出需要保持熔池一致性所需的焊接速度、焊槍姿態(tài)、焊接電壓和焊接電流，并加以調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在焊接空間位置變化時(shí)的連續(xù)焊接，保證了在空間任何位置和形狀變化情況下，焊縫幾何尺寸和焊接質(zhì)量保持一致性，提高了焊接質(zhì)量。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)設(shè)置有焊絲的焊槍，其特征在于，該系統(tǒng)還包括焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置、空間位置傳感器、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置、焊縫跟蹤傳感器、焊槍控制裝置、焊接參數(shù)控制裝置和多電弧電磁解耦裝置；所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置、所述空間位置傳感器、所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置和所述焊縫跟蹤傳感器安裝在所述焊槍上；所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置包括磁場(chǎng)信號(hào)傳感器、溫度傳感器和光信號(hào)傳感器，分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接過(guò)程中的磁信號(hào)、溫度信號(hào)和光信號(hào)，并將所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述空間位置傳感器為至少三個(gè)，用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接空間位置信號(hào)，并將所述焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置包括電壓傳感器和電流傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并將所述焊接電壓信號(hào)和所述焊接電流信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊縫跟蹤傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量焊縫位置信號(hào)，并將所述焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)剿龊笜尶刂蒲b置；所述焊槍控制裝置用于調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)所述焊槍的焊接姿態(tài)，并實(shí)時(shí)將焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置；所述焊接參數(shù)控制裝置用于調(diào)節(jié)每個(gè)所述焊槍的焊接電壓和焊接電流；所述多電弧電磁解耦裝置對(duì)所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)、所述光信號(hào)、所述焊接空間位置信號(hào)、所述焊接電壓信號(hào)、所述焊接電流信號(hào)、所述焊接速度信號(hào)和所述焊接姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算維持熔滴幾何尺寸和熔體金屬流變特性不變所需要的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，以控制所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置。
2.一種如權(quán)利要求1所述針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在所述焊槍控制裝置中確定焊接過(guò)程原點(diǎn)坐標(biāo)，并給定第一焊接速度；(2)所述焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置將測(cè)量的所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述空間位置傳感器將測(cè)量的所述焊接空間位置信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊接參數(shù)檢測(cè)裝置將所測(cè)量當(dāng)前時(shí)刻的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊槍控制裝置將當(dāng)前時(shí)刻的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)傳輸?shù)剿龆嚯娀‰姶沤怦钛b置，所述焊縫跟蹤傳感器將實(shí)時(shí)測(cè)量的所述焊縫位置信號(hào)傳輸?shù)剿龊笜尶刂蒲b置；(3)所述多電弧電磁解耦裝置利用采集到的所述磁信號(hào)、所述溫度信號(hào)和所述光信號(hào)解耦計(jì)算出每個(gè)電弧產(chǎn)生的電弧形態(tài)和電弧能量分布；(4)所述多電弧電磁解耦裝置利用計(jì)算得到的所述電弧形態(tài)和所述電弧能量分布，結(jié)合采集到的所述焊接空間位置信號(hào)、所述焊接電壓信號(hào)、所述焊接電流信號(hào)、所述焊接速度信號(hào)和所述焊接姿態(tài)信號(hào)，計(jì)算熔滴受力、熔滴幾何尺寸和熔滴過(guò)渡形式；(5)所述多電弧電磁解耦裝置利用計(jì)算得到的所述熔滴受力、所述熔滴幾何尺寸、所述熔滴過(guò)渡形式、所述電弧形態(tài)和所述電弧能量分布，計(jì)算出熔池幾何尺寸和熔體金屬流變特性；(6)所述多電弧電磁解耦裝置將計(jì)算得到的所述熔池幾何尺寸和所述熔體金屬流變特性數(shù)值與上一時(shí)刻的數(shù)值相比較，判斷其是否改變，如果是，則執(zhí)行步驟(7)；如果否，則執(zhí)行步驟⑶；(7)所述多電弧電磁解耦裝置調(diào)整所述焊槍控制系統(tǒng)和所述焊接參數(shù)控制系統(tǒng)；(8)所述多電弧電磁解耦裝置維持所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置不變，流程結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(7)具體包括如下步驟a.所述多電弧電磁解耦裝置根據(jù)維持上一時(shí)刻不變的所述熔滴幾何尺寸和所述熔體金屬流變特性數(shù)值，計(jì)算出新的焊接速度信號(hào)、焊接姿態(tài)信號(hào)、焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，并分別傳遞給所述焊槍控制裝置和所述焊接參數(shù)控制裝置，b.所述焊槍控制裝置根據(jù)新的焊接速度信號(hào)和焊接姿態(tài)信號(hào)，調(diào)節(jié)焊接速度和每個(gè)所述焊槍的焊接姿態(tài)；所述焊接參數(shù)控制裝置根據(jù)新的焊接電壓信號(hào)和焊接電流信號(hào)，調(diào)節(jié)每個(gè)所述焊槍的焊接電壓和焊接電流。c.重新執(zhí)行步驟( 至步驟(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的多絲焊接系統(tǒng)及其控制方法，焊接過(guò)程多信號(hào)采集裝置、空間位置傳感器、焊接參數(shù)檢測(cè)裝置、焊縫跟蹤傳感器設(shè)置在至少兩個(gè)焊槍上，分別傳遞各種物理信號(hào)到多電弧電磁解耦裝置，多電弧電磁解耦裝置分析并解耦電弧信號(hào)，實(shí)時(shí)根據(jù)焊接過(guò)程中焊接結(jié)構(gòu)空間位置的變化，計(jì)算出需要保持熔池一致性所需的焊接速度、焊槍姿態(tài)、焊接電壓和焊接電流，并通過(guò)焊槍控制裝置和焊接參數(shù)控制裝置調(diào)整相應(yīng)參數(shù)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在焊接空間位置變化時(shí)的連續(xù)焊接，保證在空間任何位置和形狀變化情況下，焊縫幾何尺寸和焊接質(zhì)量保持一致性，提高了焊接質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102554408SQ20121005135
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者馮夢(mèng)楠, 李洋, 羅震, 袁濤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)