一種電弧傳感系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電弧傳感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在海底管道鋪設(shè)的過程中，高效穩(wěn)定的焊接可以提高焊接效率和焊接質(zhì)量。傳統(tǒng)的手工電弧焊，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接效率低，焊接質(zhì)量受工人的操作水平影響很大，為了克服海底管道鋪設(shè)中傳統(tǒng)手工電弧焊的局限性，國際海洋石油工程公司都率先采用全位置自動(dòng)化焊接。
[0003]比較著名的管道鋪設(shè)焊接機(jī)器人公司有美國的CRC Evans，法國Serimax公司，韓國現(xiàn)代重工，日本新日鐵公司等。所生產(chǎn)的全位置焊接機(jī)器人有單炬、雙炬、多炬、雙炬串聯(lián)雙絲等全位置焊接機(jī)器人。為了提高焊接機(jī)器人的自動(dòng)化和智能化水平，近些年逐步開發(fā)出具有焊縫跟蹤的全位置焊接機(jī)器人。
[0004]焊縫跟蹤中的傳感器大體分為接觸式的和非接觸式的。接觸式傳感器容易磨損，需要經(jīng)常更換，精度取決于機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用的較少。非接觸式傳感器主要有視覺傳感器和電弧傳感器，日本新日鐵公司、韓國現(xiàn)代重工和國內(nèi)廊坊管道局、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的管道焊接機(jī)器人都采用了視覺傳感器，但是，視覺傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高。
[0005]電弧傳感器主要有擺動(dòng)電弧傳感器和旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。美國的CRC、法國的DASA、韓國現(xiàn)代重工及日本新日鐵公司等都采用了電弧傳感器。
[0006]目前，國內(nèi)管道控制機(jī)器人控制器大對(duì)數(shù)有PLC、單片機(jī)或DSP芯片構(gòu)成，經(jīng)常采用RS-232方式進(jìn)行通訊，系統(tǒng)信號(hào)容易受到干擾，數(shù)據(jù)傳輸較慢，實(shí)時(shí)性差，尤其加入電弧傳感功能后系統(tǒng)負(fù)荷變大，不能快速響應(yīng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種電弧傳感系統(tǒng)，保證了電弧傳感系統(tǒng)的精確性和實(shí)時(shí)性。
[0008]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種電弧傳感系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:依次連接的工控機(jī)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN卡、四軸焊接平臺(tái)與電弧傳感器；其中，所述電弧傳感器的一端還與所述工控機(jī)相連。
[0010]所述四軸焊接平臺(tái)包括:高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和垂直于焊接方向的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在所述高低行走機(jī)構(gòu)上，高低行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在前后行走機(jī)構(gòu)上，前后行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在左右行走機(jī)構(gòu)上。
[0011]進(jìn)一步的，所述高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)和左右行走機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用音圈電機(jī)。
[0012]進(jìn)一步的，所述電弧傳感器包括:數(shù)據(jù)采集卡，以及與所述數(shù)據(jù)采集卡相連的霍爾電流傳感器及霍爾電壓傳感器。
[0013]進(jìn)一步的，所述工控機(jī)為信息處理單元，包含了采用LabVIEW編制的數(shù)據(jù)采集程序和運(yùn)動(dòng)控制程序。
[0014]進(jìn)一步的，所述四軸焊接平臺(tái)還包括:具有CAN-open接口的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器以及與其連接的伺服電機(jī)。
[0015]進(jìn)一步的，所述CAN卡與所述四軸焊接平臺(tái)中數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器的CAN-open接口相連。
[0016]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，通過采用CAN總線通訊方式，通過擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、高低機(jī)構(gòu)、左右機(jī)構(gòu)、前后機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，抗干擾能力強(qiáng)，保證了電弧傳感系統(tǒng)的精確性和實(shí)時(shí)性。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電弧傳感系統(tǒng)的不意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種四軸焊接平臺(tái)的示意圖
[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電弧傳感系統(tǒng)的工作示意圖；
[0021]圖4a為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的左右區(qū)間積分法的示意圖；
[0022]圖4b為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的左右區(qū)間積分法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例
[0025]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電弧傳感系統(tǒng)的示意圖。圖1中的附圖標(biāo)記11、12、13、14分別對(duì)應(yīng)的表示工控機(jī)、CAN卡、四軸焊接平臺(tái)與電弧傳感器。如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括:依次連接的工控機(jī)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN卡、四軸焊接平臺(tái)與電弧傳感器；其中，所述電弧傳感器的一端還與所述工控機(jī)相連；
[0026]所述四軸焊接平臺(tái)包括:高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和垂直于焊接方向的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖2所示，附圖標(biāo)記131、132、133、134分別對(duì)應(yīng)的表示高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在高低行走機(jī)構(gòu)上，高低行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在前后行走機(jī)構(gòu)上，前后行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在左右行走機(jī)構(gòu)上。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)進(jìn)行擺心和擺動(dòng)幅度調(diào)整，高低機(jī)構(gòu)可以帶著擺動(dòng)機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，前后行走機(jī)構(gòu)可以帶著高低、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，左右行走機(jī)構(gòu)可以帶著擺動(dòng)、高低、前后機(jī)構(gòu)一塊運(yùn)動(dòng)。
[0027]所述高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)和左右行走機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲結(jié)構(gòu)，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用音圈電機(jī)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為焊槍的擺動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)高頻擺動(dòng)，擺動(dòng)頻率可以達(dá)到20HZ，可以滿足電弧跟蹤對(duì)擺動(dòng)頻率的要求。焊接平臺(tái)配備有帶有CAN-open的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器以及與其連接的伺服電機(jī)(連接控制高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和垂直于焊接方向的擺動(dòng)機(jī)構(gòu))。
[0028]所述電弧傳感器主要包括:數(shù)據(jù)采集卡，以及與所述數(shù)據(jù)采集卡相連的霍爾電流傳感器及霍爾電壓傳感器。所述霍爾電流傳感器的匝數(shù)比可以為1:5000，所用的測量電阻的阻值可為120歐姆。數(shù)據(jù)采集時(shí)采用差分測量的方式，因?yàn)椴罘譁y量方式不僅可以避免接地回路的干擾，還能避免環(huán)境引起的共模電壓的干擾。
[0029]所述工控機(jī)為信息處理單元，包含了采用LabVIEW編制的數(shù)據(jù)采集程序和運(yùn)動(dòng)控制程序。
[0030]所述CAN卡與所述四軸焊接平臺(tái)中數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器的CAN-open接口相連；其中，所CAN卡作為控制主站單元，所述的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器作為控制從站單元。所述CAN卡通過工控機(jī)管理四軸平臺(tái)的動(dòng)作，能夠使得控制信號(hào)高速傳輸，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
[0031]具體來說，本實(shí)用新型實(shí)施例基于CAN總線的電弧傳感系統(tǒng)的工作示意圖，可如圖3所示。
[0032]本實(shí)用新型基于CAN總線的電弧傳感系統(tǒng)的具體實(shí)施過程，包括:在上位機(jī)設(shè)定好焊接速度，擺動(dòng)速度、擺動(dòng)幅度，起弧信號(hào)發(fā)出后，左右電機(jī)按照設(shè)定的焊接速度進(jìn)行焊接，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)按照設(shè)定擺動(dòng)速度、擺動(dòng)幅度運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行焊接電流和電壓的采集，將采集的電流信號(hào)或電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，經(jīng)過偏差處理算法，得到焊縫的偏差信息，通過信息處理單元(工控機(jī))將偏差信息處理，由數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)來控制相關(guān)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。經(jīng)過偏差信號(hào)提取，高低方向發(fā)生偏差，則由高低機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在焊接過程中，水平方向偏離尺寸過大，左右、前后機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，同時(shí)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)調(diào)整擺心，以保證優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量。
[0033]示例性的，電流和電壓信號(hào)的采集采用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，采用LabVIEW編制焊接電流電壓采集程序。
[0034]所述的電流和電壓信號(hào)的處理，包括高低跟蹤信號(hào)處理采用滑動(dòng)平均濾波器。左右跟蹤信號(hào)處理采用二階巴特沃斯低通濾波器。
[0035]所述的偏差處理算法中高低焊縫偏差信號(hào)的提取通過試驗(yàn)采用最小二乘法獲得電弧傳感器高度位置和焊接電流之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；左右焊縫偏差信號(hào)的提取采用左右區(qū)間電流積分差值法。
[0036]所述的左右區(qū)間電流積分差值法是經(jīng)過信號(hào)處理的左半部分三分之一的焊接電流進(jìn)行積分和右半部分三分之一的焊接電流進(jìn)行積分做差值，反映出焊縫左右的偏差信息。如圖4a-4b所示，L、C、R分別表示左側(cè)、中間、右側(cè)；當(dāng)焊槍偏離焊縫靠近右側(cè)，則向左擺動(dòng)焊接，經(jīng)過二階巴特沃斯低通濾波器濾波后得到所需要的波形，左半部分中心三分之一電流積分值和右半部分中心三分之一電流積分值的差值反應(yīng)了焊縫左右的偏差信息。此方法和全部積分方法相比減少了數(shù)據(jù)的運(yùn)算量，提高了運(yùn)算精度。
[0037]本實(shí)用新型實(shí)施例通過采用CAN總線通訊方式，通過擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、高低機(jī)構(gòu)、左右機(jī)構(gòu)、前后機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，抗干擾能力強(qiáng)，保證了電弧傳感系統(tǒng)的精確性和實(shí)時(shí)性。
[0038]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電弧傳感系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:依次連接的工控機(jī)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN卡、四軸焊接平臺(tái)與電弧傳感器；其中，所述電弧傳感器的一端還與所述工控機(jī)相連； 所述四軸焊接平臺(tái)包括:高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和垂直于焊接方向的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；其中，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在所述高低行走機(jī)構(gòu)上，高低行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在前后行走機(jī)構(gòu)上，前后行走機(jī)構(gòu)通過安裝座安裝在左右行走機(jī)構(gòu)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)和左右行走機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用音圈電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電弧傳感器包括:數(shù)據(jù)采集卡，以及與所述數(shù)據(jù)采集卡相連的霍爾電流傳感器及霍爾電壓傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)為信息處理單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述四軸焊接平臺(tái)還包括:具有CAN-open接口的數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器以及與其連接的伺服電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN卡與所述四軸焊接平臺(tái)中數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器的CAN-open接口相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電弧傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：依次連接的工控機(jī)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN卡、四軸焊接平臺(tái)與電弧傳感器；其中，所述電弧傳感器的一端還與所述工控機(jī)相連；所述四軸焊接平臺(tái)包括：高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)、左右行走機(jī)構(gòu)和垂直于焊接方向的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述高低行走機(jī)構(gòu)、前后行走機(jī)構(gòu)和左右行走機(jī)構(gòu)均采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用音圈電機(jī)。通過采用本實(shí)用新型公開的系統(tǒng)，保證了電弧傳感系統(tǒng)的精確性和實(shí)時(shí)性。
【IPC分類】B23K9-022, B23K9-28, B23K9-127
【公開號(hào)】CN204321386
【申請?zhí)枴緾N201420561920
【發(fā)明人】韓素新, 羅雨, 焦向東, 周燦豐
【申請人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年9月26日