一種基于熔池溫度測量的等離子弧焊接模糊控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于等離子弧焊接質量控制技術領域，特別是涉及一種基于熔池溫度測量 的等離子弧焊接模糊控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 等離子弧是一種高能量密度的壓縮電弧，是現代發展起來的一種高溫新熱源。由 于等離子弧的弧柱被壓縮，使得氣體達到高度的電離，而產生很高的溫度，又使得能量集中 于一個很小的柱體，因此可以用它作為各種用途的高溫熱源。如用于切割，可調節"剛性 弧"，以產生大的沖擊力；如用于焊接，可減少氣流，改成"柔性弧"，用以減少沖擊力。等離子 焊接具有焊接速度快，生產效率高，熱影響區小，質量好等特點。這是等離子弧焊的主要特 點，也是能夠得到廣泛應用的主要原因。由于等離子焊接具有熱能集中、焊縫深/寬比大， 以及電弧和熔池穩定等特點，與其它高能束流焊接方法相比，具有設備簡單、成本低以及加 工效率高的優勢。在汽車、造船、航空航天工業中均已得到了成功的應用。因此對其進行研 宄有較好的實際意義。
[0003] 焊接熔池溫度場實時檢測一直未能解決，這主要是熔池溫度場檢測本身就十分困 難，它存在對檢測距離、目標材料發射率等依賴性比較大的問題，而焊接過程中熱過程的瞬 時性、局部性、熱源運動及熔池液體金屬激烈運動等使得焊接熔池溫度場檢測更加困難。目 前焊接過程的研宄已從宏觀過程控制深入到焊接微觀質量控制中，同焊接宏觀質量控制一 樣，微觀質量控制的主要困難是獲得表征這些微觀質量的傳感技術。焊接熔池溫度場的分 布，決定了焊接的熱循環，在材料成分一定的情況下也決定了焊接微觀組織及其變化，決 定了焊縫及其熱影響區的宏觀性能，因此焊接熔池溫度場能夠比較全面和深入反映焊接質 量，它的實時檢測及熱循環參數的提取對實現焊接微觀質量控制具有重要的意義。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種基于熔池溫度測量的等離子 弧焊接模糊控制系統及方法，它能夠對熔池溫度場進行實時監測的溫度測量，從實時檢測 的熔池溫度場中可以獲得焊接區域任意一點的熱循環參數，為焊接微觀質量控制提供了基 礎。控制系統具有良好的響應性能和抗干擾性能，可以在焊件厚度、焊接速度、工件縫隙等 變化時仍可獲得全熔透比較均勻的背面焊縫寬度。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：
[0006] 本發明一種基于熔池溫度測量的等離子弧焊接模糊控制系統，包括焊機系統、熔 池溫度測量系統及模糊控制器，其中焊機系統包括等離子焊槍和焊接電源；熔池溫度測量 系統包括電子盒和至少四個紅外測溫儀，所述各紅外測溫儀與等離子焊槍以相同速度運 動，采集的數據通過電子盒與模糊控制器相連；模糊控制器輸出端連接等離子焊機，調節其 焊接電流。
[0007] 進一步地，所述熔池溫度測量系統的各紅外測溫儀與等離子焊槍安裝于同一個法 蘭盤上，各測溫儀均勻布置于法蘭盤的內圈，其測溫儀圓心連接后形成一個正多邊形，其頂 點處分別設置紅外測溫儀，焊槍中心位于所構成的正多邊形外切圓圓心處。
[0008] 進一步地，所述模糊控制器是一個雙輸入、單輸出的模糊控制器。
[0009] 進一步地，所述的模糊控制器包括采樣轉換電路、計算機、單片機、LED輸出顯示器 以及模擬開關，計算機通過采樣轉換電路連接單片機，單片機分別連接LED輸出顯示器和 模擬開關，通過單片機輸出值控制模擬開關，所述模擬開關的每路輸出分別串聯一個不同 阻值的電阻，其輸出端連接焊機，通過模擬開關的不同組合實現串聯在電路中的電阻阻值 發生變化，實現調壓。
[0010] 進一步地，所述電阻為電位器。
[0011] 本發明的有益效果：
[0012] 本發明從工件正面測量熔池溫度；經過數據處理，獲得熔池的溫度場分布情況； 根據建立起的模糊控制規則，在線調整等離子焊機電源的焊接電流，主動的控制等離子弧 的熱-力作用；實現等離子弧焊接質量的自動控制。
[0013] 本發明在系統過熱、電壓不足或空載時，系統能夠發出停機信號。
[0014] 本發明采用模糊控制方法控制焊接電源，避免了由于焊接過程是一個非線性過 程，在自動控制中不易建立數學模型的缺點，因此性能穩定，效率高，功耗小；本發明采用單 片機控制焊接電流，省去了大量的模擬電路，結構簡單，可以設定焊接參數并且監控電源工 作。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明模糊控制系統框圖。
[0016] 圖2是本發明單片機控制系統。
[0017] 圖3是本發明焊接系統流程圖。
[0018] 圖4是本發明焊槍與測溫儀安裝示意圖。
[0019] 圖5是本發明E清晰值的模糊化示意圖。
[0020] 圖6是本發明δ E清晰值的模糊化示意圖。
[0021 ]圖7是本發明Λ U清晰值的模糊化示意圖。
[0022] 圖8是本發明經近似推理輸出的模糊子集。
[0023] 圖9是本發明焊接試驗的焊接電流及熔池溫度曲線。
[0024] 圖中：1.法蘭盤，2.焊機，3.紅外測溫儀。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。
[0026] 實施例：如圖1所示，本發明模糊控制系統包括焊機系統、熔池溫度測量系統及模 糊控制器，其中焊機系統為現有結構，包括等離子焊槍和焊接電源，焊接電源上連接有水冷 箱；熔池溫度測量系統包括電子盒和至少四個CT XL 3MH激光加工專用紅外測溫儀和電子 盒，本例選擇四個紅外測溫儀，所述各紅外測溫儀與等離子焊槍以相同速度運動，采集的數 據通過電子盒與模糊控制器相連；模糊控制器輸出端連接等離子焊機，調節其焊接電流。
[0027] 如圖4所示，所述熔池溫度測量系統的各紅外測溫儀與等離子焊槍安裝于同一個 法蘭盤上，各測溫儀均勻布置于法蘭盤的內圈，其各圓心連接后形成一個正方形，其四個頂 點處分別設置紅外測溫儀，焊槍中心位于所形成的正方形對角線交點處。
[0028] 如圖2所示，所述的模糊控制器包括采樣轉換電路、計算機、單片機、LED輸出顯示 器以及模擬開關，計算機通過采樣轉換電路連接單片機，單片機分別連接LED輸出顯示器 和模擬開關，通過單片機輸出值控制模擬開關，所述模擬開關為3個，其輸出為8路，所述模 擬開關的每路輸出分別串聯一個不同阻值的電阻，其輸出端連接焊機，通過模擬開關的不 同組合實現串聯在電路中的電阻阻值發生變化，8個電阻可以組合出256種值，從而實現電 壓調節功能。
[0029] 串聯的電阻也可以用電位器代替，輸出電流是可變的量程，方便調節。
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