数字化微束等离子弧焊机控制系统的集成化研究

发布时间：2019-05-10 03:19

【摘要】：随着各类数字化元器件的快速发展,国内的微束等离子弧焊机已经达到一定的数字化程度,但目前国内微束等离子弧焊机的研究主要集中于焊机的数字化程度,没有实现对微束等离子弧焊控制系统的集成,不锈钢超薄板自身材料的特点决定了对其焊接过程的控制精度要求很高。因此,不锈钢超薄板的焊接时除了调整焊接电流、焊接速度等焊接参数外,还需要采用视觉传感技术来实时检测超薄板变形、边缘毛刺和对接接头中心线的偏差,同时还对电弧弧长进行适当调整。针对以上多任务的焊接过程,它需要采用多个设备来共同实现,而多设备共同完成多个任务就存在多设备的集成和多任务的协同问题。因此,对于数字化微束等离子弧焊机控制系统的集成化研究具有很现实的意义,实现超薄板焊接多个设备控制系统的集成和多任务的协同控制,有利于提高其焊接过程的可靠性和稳定性,同时也可以促进工业生产的发展,提高焊接的质量和生产效率。本文对数字化微束等离子弧焊机控制系统的集成化进行了研究,其研究内容主要包括控制系统的集成结构、集成通信和多任务的协同控制三个方面。针对焊接过程中的焊接电流、焊接速度、电弧弧长的调节,以及超薄板变形、毛刺和对接接头中心线的检测等多个焊接任务,提出了基于焊接多任务的控制系统集成概念。首先研究了数字化微束等离子弧焊控制系统的总体硬件集成结构,分析了不锈钢超薄板焊接过程中的多个设备共同实现不同焊接任务的过程。然后以每个焊接任务为主题,分别研究了基于各个焊接任务的控制系统的集成结构,并分析了每个任务实现过程。最后,针对系统运行时的电路干扰问题,分析讨论了控制系统集成结构的硬件抗干扰措施,为不锈钢超薄板焊接过程的正常进行提供了稳定的硬件电路工作环境。基于不锈钢超薄板厚度薄、刚性小导致超薄板工件在焊接过程中容易发生变形这一特点,提出了一种非接触式的超薄板变形检测方法,即视觉传感检测方法。根据不锈钢超薄板的变形位置在平行光照下表现出灰度值不同的特点,借助垂直照射的辅助光源,对不锈钢超薄板的变形进行采集和处理,成功识别出不锈钢超薄板的变形量信息。基于超薄板变形带来的热输入变化,研究了保证焊接热输入不变的协同控制机理,得出在超薄板发生变形时保证热输入不变的电流增量的计算表达式,从而有效的消除了变形带来的焊接缺陷的产生。针对不锈钢超薄板在裁剪加工过程中不可避免的产生毛刺现象,采用视觉传感系统对毛刺信息进行采集和处理,得出了毛刺的形态信息。由于不锈钢超薄板厚度很薄,且对接接头间隙仅为30-120um,而毛刺的大小远大于工件的厚度和对接街头间隙,因此毛刺的存在大大影响了焊接的质量。基于视觉传感系统所采集的毛刺信息和毛刺使得金属量减少的特点,研究了超薄板焊接过程中抗毛刺的协同控制过程,根据视觉传感系统识别出的毛刺形态信息,合理调整焊枪偏差和电弧弧长。从而,提高了不锈钢超薄板的焊接质量,实现了数字化微束等离子弧焊接集成控制系统协同控制的过程。
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【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG43

【参考文献】