一種檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于自動(dòng)化焊接的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩 頻率的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖鎢極氬弧焊是一種利用脈沖電流進(jìn)行焊接的方法，已廣泛應(yīng)用于許多重要的 結(jié)構(gòu)件的焊接。焊接過程中會(huì)在焊件上形成具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分，即熔池。在 焊接過程中的脈沖峰值階段，熔池表面受到電弧力作用發(fā)生壓縮變形，脈沖峰值階段結(jié)束 后進(jìn)入脈沖基值階段，由于脈沖基值階段的焊接電流變小，脈沖電弧力突然減小，熔池表面 在由表面張力、熔池液態(tài)金屬重力及熔池內(nèi)部液態(tài)金屬對流力的合力提供的彈性恢復(fù)力作 用下發(fā)生表面振蕩。
[0003] 焊縫熔透狀態(tài)是指焊縫的背面熔寬量，即焊縫背面的寬度，焊縫的熔透狀態(tài)對焊 縫的力學(xué)性能具有決定性影響，所以實(shí)現(xiàn)焊縫熔透狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制對提高生產(chǎn)效率和保證 焊接質(zhì)量具有重要意義。對焊縫熔透狀態(tài)進(jìn)行控制時(shí)，首先要檢測熔池振蕩頻率。
[0004] 現(xiàn)有檢測熔池振蕩頻率的方法的原理為:熔池振蕩時(shí)會(huì)引起電弧電壓或電弧弧光 信號的變化，所以先檢測電弧電壓或電弧弧光信號，然后將檢測到的電弧電壓或電弧弧光 信號作為熔池振蕩的時(shí)域信號，再對電弧電壓或電弧弧光信號進(jìn)行快速傅里葉變換以得到 熔池振蕩頻率?，F(xiàn)有檢測熔池振蕩頻率的方法的缺點(diǎn)有：1，由于電弧電壓或電弧弧光信號 本身的精度較低，導(dǎo)致根據(jù)電弧電壓或電弧弧光信號得到的熔池振蕩頻率準(zhǔn)確度較低;2. 由于熔池表面受激產(chǎn)生振蕩時(shí)在垂直方向上振蕩幅度很小，特別是在連續(xù)焊接(工件與焊 槍之間有相對位置變化的焊接方式)時(shí)，由于工件與焊槍之間有相對位置變化，導(dǎo)致電弧中 心點(diǎn)發(fā)生偏移，電弧力產(chǎn)生其他方向的分力，使垂直方向的電弧力變小，導(dǎo)致熔池振蕩時(shí)在 垂直方向上的振幅更小，由熔池振蕩引起的電弧電壓或電弧弧光信號也更小，且信噪比低， 因此目前檢測熔池振蕩頻率的方法不能應(yīng)用于連續(xù)焊接，只能適用于定點(diǎn)（工件與焊槍沒 有相對位置變化的焊接方式)焊接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決目前檢測熔池振蕩頻率的方法準(zhǔn)確率較低且不能應(yīng)用于連續(xù)焊接的問 題，本發(fā)明提出一種檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法及裝置，以提高檢測熔池振 蕩頻率的準(zhǔn)確度，且能夠適用于連續(xù)焊接。
[0006] 本發(fā)明檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置包括激光器、激光器固定架、濾 光片、硅光電池陣列、硅光電池陣列固定架、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集卡 分別與所述數(shù)據(jù)處理模塊和所述硅光電池陣列連接;所述濾光片貼于所述硅光電池陣列表 面;使用所述檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置時(shí)，所述激光器固定于所述激光器 固定架上，所述硅光電池陣列固定于所述硅光電池陣列固定架上，且所述激光器與所述硅 光電池陣列分居焊槍兩側(cè)，以使所述激光器發(fā)射的激光束照射于熔池表面，并經(jīng)該熔池表 面反射到所述硅光電池陣列上，所述數(shù)據(jù)采集卡用于采集所述硅光電池陣列輸出的矩陣電 壓信號并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊，該數(shù)據(jù)處理模塊用于將所述矩陣電壓信號轉(zhuǎn)換成熔池 振蕩時(shí)域信號，并對該時(shí)域信號進(jìn)行快速傅里葉變換以得到熔池振蕩頻率。
[0007] 其中，還包括衍射光柵，該衍射光柵位于所述激光器前側(cè)，所述激光器發(fā)射的激光 束經(jīng)過所述衍射光柵照射于熔池表面。
[0008] 其中，所述硅光電池陣列垂直于焊接工件，所述激光器與所述焊槍的軸線位于同 一平面，且該平面與所述硅光電池陣列垂直。
[0009] 其中，所述娃光電池陣列響應(yīng)波長的中心波長與所述激光器發(fā)射的激光束的中心 波長的偏差小于10nm〇
[0010] 其中，所述濾光片的中心波長與所述激光器發(fā)射的激光束的中心波長及半帶寬的 偏差小于10nm〇
[0011] 其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括閥值單元、二值化單元和求和單元，所述二值化單元 分別與所述閥值單元和所述求和單元連接，所述閥值單元用于設(shè)定閥值i為45mv，所述二值 化單元用于將所述數(shù)據(jù)采集卡采集到的所述硅光電池陣列輸出的矩陣電壓信號進(jìn)行二值 化，所述求和單元用于將二值化后的矩陣電壓信號中的所有元素求和，該求得的和即為熔 池振蕩時(shí)域信號。
[0012] 本發(fā)明還提出一種焊接系統(tǒng)，包括上述的檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝 置，還包括變頻器控制柜、工作平臺、脈沖鎢極氬弧焊焊接電源和焊槍，該變頻器控制柜分 別與所述數(shù)據(jù)采集卡和所述工作平臺連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于將移動(dòng)速度信號發(fā)送給 所述數(shù)據(jù)采集卡，該數(shù)據(jù)采集卡用于接收該移動(dòng)速度信號并發(fā)送給所述變頻器控制柜，該 變頻器控制柜根據(jù)接收到的所述移動(dòng)速度信號控制所述工作平臺的移動(dòng)速度;焊接工件放 置在所述工作平臺上，所述脈沖鎢極氬弧焊焊接電源將所述焊接工件與所述焊槍相連形成 回路。
[0013] 本發(fā)明還提出一種檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法，包括以下步驟:第 一步:將所述激光器固定于所述激光器固定架上，將所述硅光電池陣列固定于所述硅光電 池陣列固定架上，使用所述激光器發(fā)射激光束，該激光束照射于熔池表面并反射到所述硅 光電池陣列上;第二步:在脈沖峰值階段結(jié)束時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理模塊向所述數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送 開始信號，該數(shù)據(jù)采集卡開始采集所述硅光電池陣列輸出的矩陣電壓信號;第三步:所述數(shù) 據(jù)采集卡將采集的矩陣電壓信號發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊;第四步:所述數(shù)據(jù)處理模塊將 接收到的矩陣電壓信號轉(zhuǎn)換成熔池振蕩時(shí)域信號，并對該熔池振蕩時(shí)域信號進(jìn)行快速傅里 葉變換以得到熔池振蕩頻率。
[0014] 其中，所述第一步中，所述激光器發(fā)射的激光束經(jīng)衍射光柵照射于熔池表面。
[0015] 其中，所述第四步中，所述數(shù)據(jù)處理模塊將接收到的矩陣電壓信號轉(zhuǎn)換成熔池振 蕩時(shí)域信號的步驟為:使用閥值單元設(shè)定閥值i為45mv;使用二值化單元將所述數(shù)據(jù)采集卡 采集到的矩陣電壓信號進(jìn)行二值化;使用求和單元將二值化后的矩陣電壓信號中的所有元 素求和，求得的和為熔池振蕩時(shí)域信號。
[0016] 本發(fā)明檢測脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置具有如下的有益效果:本發(fā)明檢 測裝置的激光器發(fā)射激光束，該激光束照射于熔池表面并反射到硅光電池陣列上，熔池發(fā) 生振蕩時(shí)，經(jīng)熔池表面反射到硅光電池陣列上的激光束也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起硅光電池 陣列輸出的矩陣電壓信號發(fā)生變化，即本發(fā)明的裝置通過照射于熔池表面的激光束，將熔 池表面振蕩反映到矩陣電壓信號上。本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊對硅光電池陣列輸出的矩陣電 壓信號進(jìn)行計(jì)算就可以得到熔池振蕩頻率，由于激光強(qiáng)度不會(huì)隨距離的變化而減弱，激光 束和矩陣電壓信號的精度較高，所以檢測得到的熔池振蕩頻率的準(zhǔn)確度也較高，提高了檢 測熔池振蕩頻率的準(zhǔn)確度。由于本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算速度很快，所以本發(fā)明的裝置 可以實(shí)時(shí)檢測熔池振蕩頻率。
[0017] 由于熔池表面都能發(fā)生類鏡面反射及熔池表面反射對熔池振蕩的光學(xué)放大作用， 當(dāng)連續(xù)焊接時(shí)雖然熔池振蕩時(shí)表面振幅很小，但引起的激光束反射角度變化很大，在硅光 電池陣列上成像后