[发明专利]基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与方法

摘要

本发明提供一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统与控制建模方法，铝合金MIG焊熔透控制系统包括熔透图像检测系统、焊接系统、参数控制与存储系统，铝合金MIG焊控制建模方法如下：标定熔透图像检测系统，并在图像上标出设定熔池尺寸；焊工观察熔池图像，调节焊接参数保证背面熔透均匀性；导出焊接参数与熔池尺寸存储数据，建立焊接参数变化与熔池尺寸变化的动态模型；将建立的动态模型应用于铝合金MIG焊熔透控制过程；本发明方法将焊工调节过程引入到控制器设计中，无需进行传统焊接控制器设计所需的焊接过程动态建模、仿真与控制器调试，具有设计过程简单、可操作性强的优点，为铝合金MIG焊实时熔透控制提供了可靠的技术支撑。

主权项

1.一种基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统的控制建模方法，其特征在于包括如下步骤：(1)工业摄像机观察MIG焊枪正下方的铝合金焊件坡口背面，通过坐标标定，获得实际背面图像检测区域的像素比例因子，在图像显示区域用直线条标记设定的背面熔池尺寸W_s；(2)开启焊接电源，MIG焊接方法进行铝合金工件焊接，熔透图像检测系统检测铝合金背面熔池信号，在显示器上实时显示图像，图像处理算法实时计算熔池检测尺寸W_d，焊工观察图像上的背面熔池，并与设定的背面熔池尺寸W_s比较，根据熔池尺寸误差E＝W_d‑W_s变化的大小与快慢，焊工点击显示器上的焊接参数调节模块，保证铝合金背面熔透的均匀性；(3)焊接结束后，根据焊接参数存储模块与熔池尺寸存储模块，导出焊接参数与熔池尺寸数据，将焊接参数与熔池尺寸去均值化，利用最小二乘法建立背面熔池尺寸变化ΔW(k)与焊接参数变化ΔF(k)的动态模型关系式：ΔF(k)＝a₁ΔF(k‑1)+a₂ΔF(k‑2)+···+a_mΔF(k‑m)+b₁ΔF²(k‑1)+b₂ΔF²(k‑2)+···+b_nΔF²(k‑n)+c₁ΔW(k‑1)+c₂ΔW(k‑2)+···+c_pΔW(k‑p)+d₁ΔW²(k‑1)+d₂ΔW²(k‑2)+···+d_qΔW²(k‑q)；其中，a₁,a₂,…,a_m,b₁,b₂,…,b_n,c₁,c₂,…,c_p,d₁,d₂,…,d_q为模型系数，m,n,p,q为模型结构参数，k为采样时刻；(4)将焊工调节过程建立的铝合金背面熔池尺寸变化与焊接参数变化的动态模型关系式作为控制器，并用于后续铝合金熔透控制试验中；所述方法中的基于焊工调节的铝合金MIG焊熔透控制系统，包括：熔透图像检测系统、焊接系统、参数控制与存储系统；所述熔透图像检测系统包括工业摄像机(5)、计算机(8)、与计算机(8)连接的显示器(9)，工业摄像机(5)与计算机(8)连接；所述焊接系统包括焊接电源(4)、控制模块(7)、焊件夹持平台(2)，焊接电源(4)的地线与焊件夹持平台(2)连接，控制模块(7)与焊接电源(4)、计算机(8)连接；所述参数控制与存储系统包括熔透图像显示模块(10)、焊接参数调节模块(11)、焊接参数存储模块(12)、熔池尺寸存储模块(13)；所述工业摄像机(5)安装在焊件夹持平台(2)背面，用于采集MIG焊枪(1)正下方铝合金工件(3)背面熔透图像，采集图像信号传输到计算机(8)中，并在显示器(9)上进行显示；所述控制模块(7)发出电压模拟量信号控制焊接电源(4)的焊接参数，控制模块(7)发出开关量输出信号控制焊接电源(4)的起弧与熄弧，控制模块(7)为USB或PCI数据采集卡；所述熔透图像显示模块(10)用于熔池背面图像的实时显示与图像处理；所述焊接参数调节模块(11)用于焊工(14)对焊接参数的调节与控制；焊接参数调节模块(11)包括焊接电流调节模块与焊接电压调节模块；所述焊接参数存储模块(12)用于对调节的焊接参数波形进行采集与存储；所述熔池尺寸存储模块(13)用于存储检测的背面熔池尺寸参数。