基于背面小孔图像的受控脉冲穿孔PAW控制系统*

doi:10.3901/JME.2017.06.068

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (6): 68-72.doi: 10.3901/JME.2017.06.068

扫码分享

基于背面小孔图像的受控脉冲穿孔PAW控制系统^*

黄纯德¹, 钟黎明¹, 刘祖明²

1. 国网山西省电力公司电力科学研究院太原 030001;
2. 天津大学材料科学与工程学院天津 300350

出版日期:2017-03-20 发布日期:2017-03-20
作者简介:黄纯德，男，1979年出生，高级工程师，材料所所长。主要研究方向为电厂电网金属材料成形及检测。E-mail：jinshushi2005@126.com刘祖明(通信作者)，男，1984年出生，博士，讲师，硕士研究生导师。主要研究方向为焊接过程检测与控制、先进焊接工艺方法。E-mail：zuming.liu@tju.edu.cn
基金资助:
* 国家自然科学基金青年(51505329)和天津市应用基础与前沿技术研究计划青年(15JCQNJC03400)资助项目; 20160302收到初稿，20170106收到修改稿;

Controlled-pulse PAW Control System Based on Backside Keyhole Image

HUANG Chunde¹, ZHONG Liming¹, LIU Zuming²

1. Electric Research Institute， State Grid Shanxi Electric Power， Taiyuan 030001;
2. School of Materials Science and Engineering， Tianjin University， Tianjin 300350

Online:2017-03-20 Published:2017-03-20

摘要/Abstract

摘要：

已开发的受控脉冲穿孔等离子弧焊被验证能够较好地控制小孔的穿透行为，提高焊接稳定性，保证焊接质量。然而，过去开发的控制系统使用间接反映小孔穿透状态的尾焰电压作为反馈量，不能够反映熔池的热量状态。前期研究发现，背面小孔参数中，小孔中心位置的变化能够反映熔池热量的变化趋势，脉冲电流下降沿时长能够调节小孔中心位置。本研究，利用摄像机拍摄的背面小孔图像信号为反馈信号，以小孔中心偏移量为被控制量，以脉冲电流下降沿时长为控制量，基于预测控制算法，设计新的受控脉冲穿孔等离子弧焊控制系统。利用新的脉冲穿孔焊接控制系统焊接9.5 mm厚304不锈钢，能够控制小孔周期性稳定穿透，得到了高质量的焊缝。

关键词: 控制系统, 视觉传感, 受控脉冲穿孔, 等离子弧焊

Abstract:

The developed controlled pulse keyholing plasma arc welding control system has been verified to stabilize the keyhole behaviour and improve the process stability, confirm the weld quality. However, the system is developed based on the indirect signals to reflect keyhole penetration state, the feedback signal cannot measure the weld pool thermal state. Previous observation studies to the PAW keyhole behaviour find that, keyhole exit positional parameter is better to predicate the weld pool thermal state evolution than the keyhole dimensional parameters, and the decreasing speed of the welding current in pulse waveform is reliable to adjust the keyhole exit deviation distance. In this paper, a novel controlled pulse keyholing PAW control system is designed by using the keyhole exit image as the feedback signal. In the new system, keyhole exit deviation distance as the controlled factor, falling degree in the welding current pulse as the controlling factor, predicative control algorithm is developed. Bead on welding is conducted on the 9.5 mm thick 304 stainless steel plate to test control system, keyhole process is controlled to open and close smoothly, sound quality weld is obtained.

Key words: control system, controlled pulse keyholing, vision-observation, plasma arc welding

黄纯德, 钟黎明, 刘祖明. 基于背面小孔图像的受控脉冲穿孔PAW控制系统^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(6): 68-72.

HUANG Chunde, ZHONG Liming, LIU Zuming. Controlled-pulse PAW Control System Based on Backside Keyhole Image[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(6): 68-72.

参考文献

[1] American Welding Society. Welding handbook. Vol. 2：Welding processes[M]. 8th ed. Miami，Fla.：American Welding Society，1991.
[2] BANAS C M. Electron beam，laser beam and plasma arc welding studies[R]. NASA Contractor Report(NASA CR-132386)，1974.
[3] VILKAS E P. Plasma arc welding of exhaust pipe system components[J]. Welding Journal，1991，70(4)：49-52.
[4] IRVING B. Plasma arc welding takes on the advanced solid rocket motor[J]. Welding Journal，1992，71(12)：49-52.
[5] MARTIKAINEN J K，MOISIO T J I. Investigation of the effect of welding parameters on weld quality of plasma arc keyhole welding of structural steels[J]. Welding Journal 1993，72(7)：329s-340s.
[6] LIU Z M，CUI S L，LUO Z，et al. Plasma arc welding：Process variants and its recent developments of sensing，controlling and modeling[J]. Journal of Manufacturing Processes，2016，23(8)：315-327.
[7] 贾传宝，武传松，刘祖明. 脉冲后沿斜率可调的受控穿孔PAW系统[J]. 机械工程学报，2010，46(18)：91-95.
JIA Chuanbao，WU Chuansong，LIU Zuming. Controlled keyhole PAW system with adjustable slopes of pulse-trailing edge[J]. Journal of Mechanical Engineering，2010，46(18)：91-95.
[8] 贾传宝，武传松，张裕明. 受控脉冲穿孔等离子弧焊接控制系统[J]. 机械工程学报，2010，46(6)：93-99.
JIA Chuanbao，WU Chuansong，ZHANG Yuming. Controlled pulse keyholing PAW welding control system[J]. Journal of Mechanical Engineering，2010，46(6)：93-99.
[9] LIU Z M，WU C S，GAO J Q. Vision-based observation of keyhole images in plasma arc welding[J]. International Journal of Thermal Sciences，2013，63(1)：38-45.
[10] LIU Z M，WU C S，CHEN M A. Visualizing the influence of the process parameters on the keyhole dimensions in plasma arc welding[J]. Measurement Science and Technology，2012，23：105603-105611.
[11] LIU Z M，WU C S，CUI S L，et al. Correlation of keyhole exit deviation distance and weld pool thermo-state in plasma arc welding process[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017，104(1)：310-317.
[12] LIU Z M，WU C S，LIU Y K，et al. Keyhole behaviors influence weld defects in plasma arc welding process[J]. Welding Journal，2015，94(9)：281s-290s.
[13] LIU Z M，WU C S，CHEN M A. Experimental sensing of the keyhole exit deviation from the torch axis in plasma arc welding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2014，71(5)：1209-1219.
[14] 武传松，刘祖明，陈姬. 受控脉冲穿孔等离子弧焊接小孔动态行为的检测[J]. 机械工程学报，2013，49(18)：114-118.
WU Chuansong，LIU Zuming，CHEN Ji. Measurement of dynamic keyhole behaviors in controlled-pulse plasma arc welding[J]. Journal of Mechanical Engineering，2013，49(18)：114-118.
[15] LIU Z M，WU C S，CHEN J. Sensing dynamic keyhole behaviors in controlled-pulse key-holing plasma arc welding[J]. Welding Journal，2013，92(12)：381s-389s.

基于背面小孔图像的受控脉冲穿孔PAW控制系统^*

Controlled-pulse PAW Control System Based on Backside Keyhole Image

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	严如强, 许文纲, 王志颖, 朱启翔, 周峥, 赵志斌, 孙闯, 王诗彬, 陈雪峰, 张军辉, 徐兵. 航空发动机燃油控制系统故障诊断技术研究进展与挑战[J]. 机械工程学报, 2024, 60(4): 3-31.
[2]	张小俊, 吴亚淇, 刘昊学, 钟道方. 轮足式磁吸附越障爬壁机器人设计与分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(1): 248-261.
[3]	辛杨桂, 高世一, 赵运强, 李苏, 徐望辉, 余陈. 机器人搅拌摩擦焊接力-位混合控制的应用研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(8): 91-98.
[4]	王忻, 尹逊和, 梁华清, 陈丽红. 基于状态观测器的网络控制系统的自愈控制[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 95-110.
[5]	沈伟, 袁小康, 刘明. 基于事件触发和扩展状态观测器的液压位置跟踪系统控制研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(8): 274-284.
[6]	张静忠, 庞涛, 刘一峰, 张小白, 于昌海, 李桐. 电力市场环境下的新能源有功自动控制^*[J]. 电气工程学报, 2022, 17(3): 203-209.
[7]	孟博洋, 李茂月, 刘献礼, WANG Lihui, LIANG S Y, 王志学. 机床智能控制系统体系架构及关键技术研究进展[J]. 机械工程学报, 2021, 57(9): 147-166.
[8]	郝云晓, 乔舒斐, 夏连鹏, 权龙, 赵斌. 液电混合直线驱动系统耦合特性及位置控制[J]. 机械工程学报, 2021, 57(22): 386-394.
[9]	熊万里, 孙文彪, 刘侃, 许铭华, 裴庭. 高速电主轴主动磁悬浮技术研究进展[J]. 机械工程学报, 2021, 57(13): 1-17.
[10]	李国杰. 智能起重机的关键特征和控制系统总体架构[J]. 机械工程学报, 2020, 56(24): 254-268.
[11]	忻建文, 吴东升, 李芳, 张跃龙, 华学明. 等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(20): 82-87.
[12]	马丽楠, 赵晓冬, 马立峰, 马强俊, 韩贺永. 液压滚切剪机新型伺服缸控制系统动态解耦及仿真试验[J]. 机械工程学报, 2019, 55(6): 203-212.
[13]	郭亮, 张华. 狭小空间不连续折线焊缝识别移动机器人跟踪系统[J]. 机械工程学报, 2019, 55(17): 8-13.
[14]	黄军芬, 薛龙, 黄继强, 邹勇, 马可, 焦向东. 基于视觉传感的GMAW熔透状态预测[J]. 机械工程学报, 2019, 55(17): 41-47.
[15]	王志江, 薛坤喜, 吴定勇, 杨辉, 申俊琦, 刘杰, 胡绳荪. 基于视觉传感的机器人焊缝纠偏控制系统[J]. 机械工程学报, 2019, 55(17): 48-55.