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基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究

杨园洲 薛瑞雷 刘宏胜 夏磊

杨园洲, 薛瑞雷, 刘宏胜, 夏磊. 基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 44-50. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.007
引用本文: 杨园洲, 薛瑞雷, 刘宏胜, 夏磊. 基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 44-50. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.007
YANG Yuanzhou, XUE Ruilei, LIU Hongsheng, XIA Lei. Research on GMAW seam tracking system based on arc sensor[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 44-50. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.007
Citation: YANG Yuanzhou, XUE Ruilei, LIU Hongsheng, XIA Lei. Research on GMAW seam tracking system based on arc sensor[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 44-50. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.007

基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.007
基金项目: 新疆维吾尔自治区自然科学基金面上基金(2022D01C391);新疆维吾尔自治区天山英才——科技创新领军人才项目(2022TSYCLJ0044)
详细信息
    作者简介:

    杨园洲,男,1999年生,硕士研究生,研究方向为智能焊接以及焊接过程中传感器的应用。 E-mail:y2049489286@163.com

    通讯作者:

    薛瑞雷,男,1967年生,本科,副教授,高级工程师,国务院特殊津贴专家,研究方向为长输管道自动化焊接、机器视觉图像处理、人工智能,已发表论文13篇。E-mail:1981907557@qq.com

  • 中图分类号: TG441.7

Research on GMAW seam tracking system based on arc sensor

  • 摘要: 熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)焊接过程存在惯性大、时滞大等非线性特征以及不确定的干扰因素。为了提高焊接质量,文章提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter,EKF)算法的焊缝实时跟踪技术,采用霍尔电流传感器来捕捉实时焊接电流。为了实现焊枪摆动中心始终对准焊缝中心,文章通过有限长单位冲激响应滤波器(finite impulse response,FIR)对采集的电流进行滤波,并建立提取焊枪高度和水平偏差的数学模型,采用EKF实现控制焊枪。通过在有垂直和水平方向偏差的焊缝上进行实验验证,结果跟踪精度可达到±0.25 mm,所以该方法可满足机器人实时跟踪的要求。

     

  • 图  1  焊缝坡口

    图  2  焊缝跟踪系统结构示意图

    图  3  焊枪运动轨迹

    图  4  原始数据与滤波后的数据对比图

    图  5  焊缝高度跟踪流程图

    图  6  高度跟踪数学模型图

    图  7  高度跟踪数学模型验证实验电流变化图

    图  8  CTWD从15 mm骤降到12 mm的焊缝

    图  9  焊缝水平跟踪流程图

    图  10  积分差值法偏差计算方法

    图  11  扩展卡尔曼滤波器算法的运算过程

    图  12  垂直方向偏离焊缝实验

    图  13  水平方向偏离焊缝实验

    图  14  实际焊接工件状态

    图  15  高度跟踪轨迹曲线(H=4 mm)

    图  16  试件一侧抬高4 mm焊缝图

    图  17  水平跟踪轨迹曲线(L=5 mm)

    图  18  试件一侧偏移5 mm焊缝图

    图  19  整体跟踪轨迹曲线

    图  20  试件一侧抬高4mm和偏移5mm焊缝图

    表  1  试验方案

    实验方案 H/mm L/mm 模拟的管道焊接位置
    高度跟踪 4 0 平焊区
    水平跟踪 0 5 平焊区
    整体跟踪 4 5 平焊区
    下载: 导出CSV

    表  2  焊接参数

    电流/
    A
    电压/
    V
    摆宽/
    mm
    摆频/
    Hz
    焊接速度/
    (cm/min)
    边停/
    ms
    气体流量/
    (L/min)
    190 21 2 2 35 100 20
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2023-12-04

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