[发明专利]变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置和方法，属于焊接自动化领域。

背景技术

窄间隙MIG/MAG焊是一种在窄坡口条件下进行的多层焊接方法，一般以每层单道或每层双道的自动方式施焊，具有坡口形状简单、焊缝截面积小、焊接效率高、能耗少、焊接热输入低、焊接热影响区小、接头韧性好等优点，在中厚板领域受到广泛的应用。为保证焊接质量，需要保证侧壁有足够的熔深。

为了解决窄间隙坡口侧壁熔透问题，国内外先后开发出多种工艺技术，主要有：摇动电弧窄间隙焊(专利号为ZL 200810236274.5、名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬”)、旋转电弧窄间隙焊(专利号为ZL 200510038527.4、名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”)等，但是在焊接过程中，往往受到坡口加工误差、工件装配误差、接缝固定曲率、焊接热变形等因素的影响，难以保证足够侧壁熔透，进而影响焊接质量。在文献“基于摆动旋转电弧的焊枪空间姿态识别”(李湘文等，焊接学报，2013年，第34卷，第4期，35～37、52页)中，提出一种摆动旋转电弧传感方案，是在旋转电弧传感器的基础上结合圆锥摆动，来进行焊枪的空间姿态的实时识别，但是装置较复杂，且只是研究识别焊枪空间姿态。

针对上述电弧传感应用中普遍存在的问题，本发明提出一种变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置和方法，目前还没有相关专利等文献的报导。

发明内容

本发明的目的是针对窄间隙焊接时，由于加工误差或装配误差引起的坡口宽度变化带来的侧壁熔透不足的问题，提出一种变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置和方法。

为达到上述目的，本发明解决技术问题所采取的技术方案是：

一种变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置，包括旋转电弧焊炬、CCD相机、水平直线滑台、水平直线滑台夹持装置、步进电机、电机驱动器、运动控制卡、图像采集卡、图像处理模块和PC机，其特征在于，所述旋转电弧焊炬安装在水平直线滑台上，随着水平直线滑台左右往复运动，实现旋转电弧焊炬作整体水平摆动；所述CCD相机对应工件与工件平面成一夹角安置在所述旋转电弧焊炬前方，所述水平直线滑台安装在水平直线滑台夹持装置上，并依次连接步进电机、电机驱动器、运动控制卡，所述CCD相机将所采集图像依此输入图像采集卡、图像处理模块和PC机。

上述所述电弧焊炬上还装有电弧旋转位置传感器，由凹槽式光电开关和过中心对称开有两个孔或槽的码盘构成，所述凹槽式光电开关的凹槽套入所述码盘固定于所述旋转电弧焊炬的不旋转部位，所述码盘固定在所述旋转电弧焊炬的旋转部位并与电弧同步转动；安装时使电弧旋转到坡口左位置和坡口右位置时，凹槽式光电开关的光路正好穿过码盘的开孔或槽。本专利中坡口左、右位置是根据CCD相机观察坡口的方位而定，以下不再赘述。

上述所述CCD相机的镜头距离电弧为200～500mm，CCD相机的前端还设置有减光片、滤光片和UV镜。

上述所述CCD相机与工件平面夹角为α＝20～60°。

变坡口宽度的旋转电弧窄间隙MAG焊自适应摆动装置的焊接方法，包括以下步骤：

(1)设定CCD相机参数，曝光时间为2～10ms、视窗大小调节以能清楚观察到焊接电弧和焊接熔池为宜，一般大于200×200，小于800×800，光圈大小为5.6～16，图像采集模式为触发模式；

(2)预设坡口宽度规定值Wset和焊丝端部到坡口侧壁距离规定值Dset；

(3)起弧后，待焊接状态稳定后，启动CCD相机的“触发图像采集”模式，使得电弧旋转到焊接坡口左位置和焊接坡口右位置时，电弧旋转位置传感器发出脉冲触发信号，触发CCD相机采集焊接图像，CCD相机在每一电弧旋转周期采集两幅焊接图像；

(4)CCD相机采集的焊接图像经图像采集卡进入图像处理模块；

(5)在图像处理模块中计算当前坡口宽度W、当前焊丝端部到坡口左侧壁最短距离D₁、当前焊丝端部到坡口右侧壁最短距离D₂；