MAG单面焊双面自由成形工艺与视觉控制方法研究

摘要

本文采用基于被动视觉的传感技术采集得到清晰的MAG焊熔池图像,重点研究了6mmQ235钢板的MAG焊单面焊双面自由成形工艺,分析不同熔透成形状态下焊接熔池视觉特征和焊接电参数变化趋势,归纳单面焊双面自由成形熔池尾部轮廓归一化的熔透模型,提出了基于熔透模型的模糊控制方法,为焊接质量在线智能控制提供相关的试验数据和控制方法。
　　 对于6mmQ235钢板,进行多种坡口尺寸加工,设计多组基于熔池视觉的焊接试验,实验结果表明:除焊接参数对焊缝成形产生影响外,热输入量的累积作用对于自由成形焊缝存在很大影响,因此焊接过程中要不断调整焊接工艺以限制焊件热量;且熔池图像特征参数一定程度上可以有效地反映焊接熔透:后拖角α＞90°且尾部轮廓角β＞120°的扁圆状熔池图像其焊缝外观成形多为未熔透;后拖角α＜90°且尾部轮廓角β＜110°的桃形或椭圆熔池的焊缝属于熔透型或过熔透型;当熔池后拖角α＜60°而尾部轮廓角β＜80°,熔池呈细长状时的焊缝出现焊塌。
　　 采用LabVIEW2010作为软件开发平台,进行焊接过程电参数的采集和分析。分别分析焊接稳定过程和熔透状态变化过程、焊塌、未熔透焊缝的电流电压波形、u-I相图、电流电压概率密度及瞬时能量,寻求焊接电参数变化的熔池图像体现:稳定焊接过程,熔池后拖角及尾部轮廓角的值稳定,后拖角变化△α＜5°,焊接电流电压波形一致,当焊接熔透状态发生变化时,焊接参数波形图与焊接过程瞬时能量图出现变化;焊塌及焊穿发生过程,焊接熔池图像特征参数存在较大突变:焊塌向焊穿过程中熔池全长减少,全长和半长差值＜80像素值,后拖角变化△α＞5°,对于本文试验的喷射过渡,焊接过程中出现连续的短路过程且焊接电压出现＞40V的峰值时,说明焊穿即将发生,焊穿发生时,灰度均值陡降,△-μ＞20;
　　 利用用“归一离散化”方法对焊接过程采集的熔池图像进行尾部轮廓归一化,以熔透熔池尾部轮廓标准化曲线S为模板,得出实际焊缝熔池与模板间偏差均值e和偏差标准方差ε的的分类标准:e∈[-0.28,-0.13]焊缝焊塌;e∈[-0.12,-0.08]焊缝呈现过熔透;e∈[-0.07,0.07]熔透型焊缝;e∈[0.08,0.30]焊缝半熔透成形,e∈[0.31,0.6]焊缝未熔透。
　　 基于偏差均值e和偏差均值变化率ec,设计二输入单输出的模糊控制器,以焊接过程采集的每100ms的电流均值变化量为输出;根据经验得出偏差均值e和偏差均值变化率ec的隶属度赋值表,建立隶属度函数,得到控制规则查询表。