本發(fā)明涉及自動化領(lǐng)域，是一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法。

背景技術(shù)：
焊接是一種常用的制造工藝及技術(shù)，而堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法，越來越廣泛地應(yīng)用于各個工業(yè)部門零部件的制造、修復(fù)和表面改性技術(shù)。在實(shí)際堆焊過程中，基本都要求工件待焊部位表面平整，當(dāng)工件表面形狀復(fù)雜，如存在曲面時(shí)，傳統(tǒng)堆焊工藝無法直接適用，而且堆焊過程的自動化程度較低，需要人工實(shí)時(shí)調(diào)整才能保證堆焊工作的進(jìn)行。為解決復(fù)雜曲面條件下堆焊的技術(shù)難點(diǎn)，提出一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法，對進(jìn)一步推動堆焊工藝的自動化有積極作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，更好的推動堆焊工藝的自動化發(fā)展，針對目前堆焊生產(chǎn)線上，存在復(fù)雜曲面工件的堆焊只能通過人工操作的方式，從而產(chǎn)生的堆焊效果較差、堆焊層質(zhì)量厚度達(dá)不到要求等問題，提出一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法，其系統(tǒng)控制框圖如圖1所示：該方法采樣的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)包括：磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器、分向區(qū)間傳感器、運(yùn)算控制器、位置補(bǔ)償控制器、四軸聯(lián)動焊機(jī)；該方法通過分向區(qū)間傳感器劃分采樣區(qū)間和位置方向，根據(jù)磁控電弧傳感器采集焊接電流，運(yùn)算控制器計(jì)算出平均電流最小的采樣組對應(yīng)的方向，四軸聯(lián)動焊機(jī)控制焊槍始終沿平均電流最小即曲面水平高度較低的方向焊接，后續(xù)循環(huán)采樣和定位的過程，當(dāng)采樣區(qū)間的平均電流變化波動小于或等于參考區(qū)間時(shí)，當(dāng)前曲面的堆焊完成。通過不斷焊接填補(bǔ)曲面的不平整處直到整個曲面的完全堆焊平整；同時(shí)位置補(bǔ)償控制器保證在曲面高低不同處電弧穩(wěn)定從而實(shí)現(xiàn)有復(fù)雜曲面工件的自動堆焊，具體包括以下步驟：第一步：劃分采樣區(qū)間和確定方向信號，并采集參考位置的焊接電流信號磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器安裝在焊槍上，帶動磁極旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸處安裝有64的標(biāo)志點(diǎn)的光碼盤，根據(jù)磁場控制電弧的運(yùn)動規(guī)律，分向區(qū)間傳感器將一個采樣周期劃分為8個采樣區(qū)間和8個區(qū)間方向，同時(shí)設(shè)定每相鄰兩個區(qū)間作為一個采樣組，每個采樣組為一個方向信號，該信號的位置在兩個區(qū)間的中間位置。設(shè)置8個光耦用以定位這8個方向信號。當(dāng)修復(fù)工作開始時(shí)，先在曲面平整的位置采集一個或多個采樣周期的焊接電流信號作為參考數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后確定參考周期平均電流和采樣區(qū)間平均電流標(biāo)準(zhǔn)差，做為以后續(xù)焊接電流信號處理的標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)。第二步：根據(jù)參考周期的平均電流信號確定焊槍的高低位置位置補(bǔ)償控制器根據(jù)接受的每個采樣周期的采樣周期平均電流值類比參考采樣周期的平均電流值，在焊絲干伸長不變的情況下，根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧弧長和電流經(jīng)典公式計(jì)算處理，換算成等效電弧長度差用以控制焊槍高低位置，以防止在曲面水平高度變化較大時(shí)，比如曲面凹陷時(shí)發(fā)生斷弧和曲面凸起時(shí)發(fā)生撞槍，保證自動堆焊過程中焊接電弧的穩(wěn)定性。第三步：根據(jù)當(dāng)前采樣周期不同采樣組的焊接電弧信號確定焊接方向霍爾傳感器采集當(dāng)前采樣周期內(nèi)不同采樣區(qū)間的平均焊接電流值，采用區(qū)間方差分析法，當(dāng)計(jì)算出當(dāng)前采樣周期平均電流方差大于參考周期平均電流方差時(shí)，確定平均焊接電流值最小的采樣組，定位這個采樣組區(qū)間對應(yīng)的方向信號，根據(jù)焊接電流和弧長的對應(yīng)公式，認(rèn)定此方向朝向曲面水平高度較低的位置，驅(qū)動四軸聯(lián)動焊機(jī)控制焊槍沿此方向進(jìn)行下個周期的焊接采樣，保證焊接方向始終朝向曲面水平高度較低處；只有當(dāng)采樣周期各區(qū)間平均電流值方差小于或等于參考周期區(qū)間平均電流方差時(shí)，認(rèn)定此時(shí)曲面近似平整面。隨著焊接采樣始終向曲面凹陷方向進(jìn)行，曲面的不平整的位置一直被補(bǔ)償，一定范圍的曲面趨于平整，后續(xù)循環(huán)此工藝過程直到復(fù)雜曲面被全部堆焊平整。本發(fā)明的有益效果是：提出一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法，該方法通過焊接本身的信號檢測曲面不平整位置，通過不斷填補(bǔ)復(fù)雜曲面的不平整處，最終達(dá)到整個曲面的完全堆焊；采用焊接電弧本身的信號，實(shí)時(shí)性好，多個傳感器協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，工藝的智能化程度高，解決了復(fù)雜曲面堆焊的自動化程度不高、生產(chǎn)效率低下、堆焊質(zhì)量一般和人工成本較大等問題，為自動化堆焊技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。附圖說明圖1是自動堆焊系統(tǒng)框圖圖2是自動堆焊工藝流程圖圖3是分向區(qū)間傳感器工作原理示意圖圖4是系統(tǒng)運(yùn)動模型圖實(shí)施案例為了更好的表達(dá)整個發(fā)明的技術(shù)方案與有益效果，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。但是，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1本發(fā)明基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法如圖1所示，包括磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器、分向區(qū)間傳感器、運(yùn)算控制器、位置補(bǔ)償控制器、四軸聯(lián)動焊機(jī)；其中分向區(qū)間傳感器工作原理如圖3所示，將一個旋轉(zhuǎn)采樣周期劃分8個采樣區(qū)間和8個區(qū)間方向，同時(shí)設(shè)定每相鄰兩個區(qū)間作為一個采樣組，每個采樣組為一個方向信號，該信號的位置在兩個區(qū)間的中間位置。光碼盤上安裝8個光耦用以定位每個方向信號；如圖2所示工作流程中，開始工作時(shí)磁控電弧傳感器先采集參考周期的焊接電流信號，運(yùn)算控制器計(jì)算出各方向?qū)?yīng)區(qū)間平均電流，四軸聯(lián)動焊機(jī)控制焊槍始終沿采樣組平均電流較小的方向即曲面水平高度較低位置方向焊接，直到各區(qū)間平均電流變化波動很小，此時(shí)當(dāng)前區(qū)域曲面近似平整，如果還存在別的區(qū)域曲面則繼續(xù)焊接采樣過程；如圖4所示通過不斷填補(bǔ)曲面的不平整處在一定范圍改變曲面的表面形貌，最終使整個曲面全部堆焊平整，而且位置補(bǔ)償控制器可以保證在曲面高低不同處電弧穩(wěn)定從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面條件下的自動堆焊。本發(fā)明基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感的自尋路徑復(fù)雜曲面堆焊方法具體實(shí)施步驟如下：第一步：劃分采樣區(qū)間和確定方向信號，并采集參考位置的焊接電流信號如圖3所示：磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器安裝在焊槍上，帶動磁極旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸處安裝有64的標(biāo)志點(diǎn)的光碼盤，根據(jù)磁場控制電弧的運(yùn)動規(guī)律，分向區(qū)間位置傳感器將一個采樣周期劃分為a、b、c、d、e、f、g和h等8個采樣區(qū)間，單個周期內(nèi)，對于的區(qū)域平均電流x取值a:h，則可表示為：式中：c是一個采樣周期的數(shù)據(jù)數(shù)；n是磁極的旋轉(zhuǎn)周數(shù)；s＝c/8。同時(shí)設(shè)定每相鄰兩個區(qū)間為一個采樣組，每個采樣組為一個方向信號，該信號的位置在兩個區(qū)間的中間位置，設(shè)置8個光耦用以定位1-8的方向信號。每個采樣組的平均焊接電流用表示，可知：參考周期的采樣數(shù)據(jù)就是n＝0時(shí)的8個采樣數(shù)據(jù)，參考周期的平均焊接電流平均值用I0表示，第二步：根據(jù)參考周期的平均電流信號確定焊槍的高低位置如圖4所示，先在曲面平整的位置取采樣周期，位置補(bǔ)償控制器將每個采樣周期的平均電流值對比參考采樣周期的平均電流值，在焊絲干伸長不變的情況下，根據(jù)旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接系統(tǒng)弧長和電流經(jīng)典公式計(jì)算處理，式中：vn表示采樣周期內(nèi)電流變化速率換算成等效電弧長度差e＝Ln-L0，用以控制焊槍高低位置，以防止在曲面水平高度變化較大時(shí)，比如曲面凹陷時(shí)發(fā)生斷弧和曲面凸起時(shí)發(fā)生撞槍，保證自動堆焊過程中焊接電弧的穩(wěn)定性。第三步：根據(jù)當(dāng)前采樣周期不同采樣組的焊接電弧信號確定焊接方向霍爾傳感器采集當(dāng)前采樣周期內(nèi)不同采樣區(qū)間的平均焊接電流值，運(yùn)算控制器采用區(qū)間方差分析法，將單個采樣周期內(nèi)平均電流用In表示，平均電流方差D(In)可表示為：當(dāng)采樣區(qū)間平均電流值方差大于參考周期平均電流方差即D(In)＞D(I0)時(shí)，確定8個采樣組最小的值，得到平均電流最小的采樣組對應(yīng)的方向信號，根據(jù)焊接電流和弧長的對應(yīng)公式，認(rèn)定此方向朝向曲面水平高度較低位置，驅(qū)動四軸聯(lián)動焊機(jī)控制焊槍沿此方向進(jìn)行下個周期的焊接采樣，保證焊接始終在曲面水平高度較低處；只有當(dāng)計(jì)算的各區(qū)間平均電流值方差小于或等于參考周期區(qū)間平均電流方差即D(In)≤D(I0)時(shí)，認(rèn)定此時(shí)曲面近似平整面，整個過程邊焊接邊采樣，隨著焊接始終向曲面水平高度較低進(jìn)行，曲面不平整的位置一直被補(bǔ)償，一定范圍的曲面趨于平整，循環(huán)此工藝過程直到復(fù)雜曲面被全部堆焊平整。實(shí)施案例2本發(fā)明同樣適用于復(fù)雜形狀的工件表面堆焊涂層的自動加工。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明原理的前提下所作出的若干改進(jìn)，都視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。