薄板焊接擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器的焊縫跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接控制方法，特別是一種用于自動(dòng)焊的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄板搭接焊縫作為工業(yè)生產(chǎn)中的一種應(yīng)用非常廣泛的焊接坡口形式，其焊縫的自 動(dòng)跟蹤技術(shù)一直以來都是焊接領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)，目前針對(duì)于薄板焊縫自動(dòng)跟蹤多采用激光 視覺傳感器，然而激光視覺傳感器對(duì)工件質(zhì)量和生產(chǎn)過程控制的要求很高。而焊接大型工 件時(shí)，其安裝定位往往需要多次重復(fù)調(diào)整，裝配定位存在一定的位置偏差，錯(cuò)邊、坡口間隙 不勻，由于激光傳感器對(duì)焊接時(shí)的復(fù)雜氣氛適應(yīng)性差、容易受到外界干擾，所以激光視覺傳 感器數(shù)據(jù)掃描采集點(diǎn)前置于焊接點(diǎn)，它不能很好的適應(yīng)由于焊接熱應(yīng)力而產(chǎn)生的變形。同 時(shí)激光傳感方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，這很大程度上限制了薄板焊縫的自動(dòng)跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 由于目前在薄板焊接中存在的一些不足，針對(duì)于電容傳感器靈敏度高，零磁滯，動(dòng) 態(tài)響應(yīng)特性好，和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合薄板焊接的 特殊性提出了一種應(yīng)用于薄板焊接擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容式傳感器的焊縫跟蹤方法。其相對(duì) 于激光視覺傳感方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，造價(jià)低。該跟蹤方法簡(jiǎn)單，跟蹤精度較高，對(duì)工件裝配 和定位要求不高，由于傳感器不用前置于焊接點(diǎn)，所以焊接過程中能有效地補(bǔ)償熱變形。
[0004] 本發(fā)明的系統(tǒng)方案包括：邊緣效應(yīng)電容傳感器、傳感器擺動(dòng)裝置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理 模塊、主控制器、跟蹤執(zhí)行模塊、焊接小車、焊槍、送絲機(jī)、焊接電源等組成。
[0005] 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊中包括傳感器激勵(lì)信號(hào)電路、傳感器信號(hào) 調(diào)理電路、差分放大電路、低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路。其中激勵(lì)信號(hào)電路產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng) 傳感器的不同頻率的正弦信號(hào)，傳感器信號(hào)調(diào)理電路把傳感器輸出的微弱變化的電容信號(hào) 進(jìn)行緩沖轉(zhuǎn)換成利于處理的電壓信號(hào)，差分放大電路對(duì)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，低通濾 波電路負(fù)責(zé)濾除信號(hào)中的高頻噪聲，最后通過A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0006] 發(fā)明中所述的邊緣效應(yīng)電容傳感器機(jī)理特性是：利用電容特有的邊緣電場(chǎng)作為檢 測(cè)場(chǎng)，這種傳感器是一種電極分布于同一平面或者曲面上的新型電容傳感器，具有單邊穿 透、信號(hào)強(qiáng)度可調(diào)和層析成像等優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明中邊緣效應(yīng)電容傳感器采用圓環(huán)螺旋陣列式單平面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)由激勵(lì)電 極、接收電極、絕緣層、屏蔽層4個(gè)部分組成，安裝在氣體保護(hù)焊焊槍氣罩的外側(cè)，這樣保證 了傳感器采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)性，能及時(shí)有效地對(duì)焊接過程中工件發(fā)生的熱變形進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和 補(bǔ)償。
[0008] 本發(fā)明中擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器通過傳感器擺動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)焊槍和傳感器角 度擺動(dòng)。
[0009] 本發(fā)明中擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器是利用傳感器輸出的電壓信號(hào)U與傳感器 頭部與被測(cè)工件的位置距離D之間的線性關(guān)系反映出當(dāng)前被測(cè)物的位置變化信息，在傳感 器擺動(dòng)過程中傳感器頭部與工件之間的距離D的變化能夠轉(zhuǎn)換為傳感器輸出電壓信號(hào)輸 出U的變化。在薄板對(duì)接焊縫中當(dāng)傳感器掃過焊縫位置時(shí)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的電壓信號(hào)峰值，電 壓信號(hào)峰值的位置為焊縫的中心位置，當(dāng)傳感器左右偏差時(shí)出現(xiàn)的相對(duì)峰值電壓會(huì)隨之發(fā) 生變化，且處于偏差時(shí)傳感器擺動(dòng)一個(gè)周期的電壓波形與對(duì)中時(shí)擺動(dòng)一個(gè)周期的電壓波形 會(huì)有明顯區(qū)別。
[0010] 所述控制方法其特征是：通過傳感器擺動(dòng)裝置對(duì)焊槍和邊緣效應(yīng)電容傳感器進(jìn)行 角度擺動(dòng)，掃描薄板焊縫坡口檢測(cè)到焊縫偏差對(duì)應(yīng)的電容變化值，得到的電容變換值經(jīng)過 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊的轉(zhuǎn)換和處理得到利于主控器計(jì)算的電壓變化信息，信息再通過主控 制器的運(yùn)算后，計(jì)算出左右偏差和高低偏差的距離，再通過跟蹤執(zhí)行模塊補(bǔ)償焊縫的偏差。 從而實(shí)現(xiàn)薄板焊縫的對(duì)接或搭接焊接的自動(dòng)跟蹤。
【附圖說明】
[0011] 圖1是系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2是擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器相對(duì)于薄板對(duì)接工件的擺動(dòng)關(guān)系示意圖，其 中，圖（a)是焊槍居中時(shí)的示意圖，圖（b)是焊槍右擺時(shí)的示意圖，圖（c)是焊槍左擺時(shí)的 示意圖。
[0013] 圖3是擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器與薄板對(duì)接工件的位姿關(guān)系示意圖，其中，圖 (a)是焊槍對(duì)中時(shí)的示意圖，圖（b)是焊槍左偏時(shí)的示意圖，圖（c)是焊槍右偏時(shí)的示意圖。
[0014] 圖4是擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5是擺動(dòng)式邊緣效應(yīng)電容傳感器立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖6是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 本發(fā)明的系統(tǒng)方案是：如圖1所示，它包括邊緣效應(yīng)電容傳感器1、焊槍2、傳感器 擺動(dòng)裝置3、十字滑塊4、焊接小車5、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊、主控制器、跟蹤執(zhí)行模塊、送絲 機(jī)、焊接電源等組成。其中邊緣效應(yīng)電容傳感器1嵌套于焊槍2氣罩上，傳感器擺動(dòng)裝置3 夾持焊槍一端對(duì)傳感器和焊槍進(jìn)行左右的角度擺動(dòng)，焊接小車5控制焊接的工作方向，跟 蹤執(zhí)行模塊驅(qū)動(dòng)十字滑塊4,十字滑塊4即兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)滑塊呈十字交叉，其中縱向滑塊 作高低方向的偏差的補(bǔ)償，橫向滑塊作左右方向的偏差補(bǔ)償。傳感器擺動(dòng)裝置3通過連接 板與十字滑塊4連接。傳感器在焊接擺動(dòng)過程中掃描薄板工件6焊縫坡口，其中傳感器頭 部隨著擺動(dòng)器的擺動(dòng)與薄板工件之間呈現(xiàn)不同的距離變化，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生焊縫偏差的電容變化 值，得到的電容變換值經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊的轉(zhuǎn)換和處理得到利于主控器計(jì)算的電壓 變化信息，信息再通過主控制器的運(yùn)算后，計(jì)算出左右偏差和高低偏差的距離，