薄板焊接摆动式边缘效应电容传感器的焊缝跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种焊接控制方法，特别是一种用于自动焊的控制方法。
【背景技术】
[0002] 薄板搭接焊缝作为工业生产中的一种应用非常广泛的焊接坡口形式，其焊缝的自 动跟踪技术一直以来都是焊接领域的一个难点，目前针对于薄板焊缝自动跟踪多采用激光 视觉传感器，然而激光视觉传感器对工件质量和生产过程控制的要求很高。而焊接大型工 件时，其安装定位往往需要多次重复调整，装配定位存在一定的位置偏差，错边、坡口间隙 不匀，由于激光传感器对焊接时的复杂气氛适应性差、容易受到外界干扰，所以激光视觉传 感器数据扫描采集点前置于焊接点，它不能很好的适应由于焊接热应力而产生的变形。同 时激光传感方式结构复杂、生产成本较高，这很大程度上限制了薄板焊缝的自动跟踪。
【发明内容】
[0003] 由于目前在薄板焊接中存在的一些不足，针对于电容传感器灵敏度高，零磁滞，动 态响应特性好，和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强的特点，同时结合薄板焊接的 特殊性提出了一种应用于薄板焊接摆动式边缘效应电容式传感器的焊缝跟踪方法。其相对 于激光视觉传感方式结构简单紧凑，造价低。该跟踪方法简单，跟踪精度较高，对工件装配 和定位要求不高，由于传感器不用前置于焊接点，所以焊接过程中能有效地补偿热变形。
[0004] 本发明的系统方案包括：边缘效应电容传感器、传感器摆动装置、数据转换及处理 模块、主控制器、跟踪执行模块、焊接小车、焊枪、送丝机、焊接电源等组成。
[0005] 系统结构中所述的数据转换及处理模块中包括传感器激励信号电路、传感器信号 调理电路、差分放大电路、低通滤波电路、A/D转换电路。其中激励信号电路产生用以驱动 传感器的不同频率的正弦信号，传感器信号调理电路把传感器输出的微弱变化的电容信号 进行缓冲转换成利于处理的电压信号，差分放大电路对转换的电压信号进行放大，低通滤 波电路负责滤除信号中的高频噪声，最后通过A/D转换电路对传感器信号进行采样。
[0006] 发明中所述的边缘效应电容传感器机理特性是：利用电容特有的边缘电场作为检 测场，这种传感器是一种电极分布于同一平面或者曲面上的新型电容传感器，具有单边穿 透、信号强度可调和层析成像等优点。
[0007] 本发明中边缘效应电容传感器采用圆环螺旋阵列式单平面结构，结构由激励电 极、接收电极、绝缘层、屏蔽层4个部分组成，安装在气体保护焊焊枪气罩的外侧，这样保证 了传感器采样点的实时性，能及时有效地对焊接过程中工件发生的热变形进行实时检测和 补偿。
[0008] 本发明中摆动式边缘效应电容传感器通过传感器摆动装置实现焊枪和传感器角 度摆动。
[0009] 本发明中摆动式边缘效应电容传感器是利用传感器输出的电压信号U与传感器 头部与被测工件的位置距离D之间的线性关系反映出当前被测物的位置变化信息，在传感 器摆动过程中传感器头部与工件之间的距离D的变化能够转换为传感器输出电压信号输 出U的变化。在薄板对接焊缝中当传感器扫过焊缝位置时会出现相应的电压信号峰值，电 压信号峰值的位置为焊缝的中心位置，当传感器左右偏差时出现的相对峰值电压会随之发 生变化，且处于偏差时传感器摆动一个周期的电压波形与对中时摆动一个周期的电压波形 会有明显区别。
[0010] 所述控制方法其特征是：通过传感器摆动装置对焊枪和边缘效应电容传感器进行 角度摆动，扫描薄板焊缝坡口检测到焊缝偏差对应的电容变化值，得到的电容变换值经过 数据转换及处理模块的转换和处理得到利于主控器计算的电压变化信息，信息再通过主控 制器的运算后，计算出左右偏差和高低偏差的距离，再通过跟踪执行模块补偿焊缝的偏差。 从而实现薄板焊缝的对接或搭接焊接的自动跟踪。
【附图说明】
[0011] 图1是系统原理结构示意图。
[0012] 图2是摆动式边缘效应电容传感器相对于薄板对接工件的摆动关系示意图，其 中，图（a)是焊枪居中时的示意图，图（b)是焊枪右摆时的示意图，图（c)是焊枪左摆时的 示意图。
[0013] 图3是摆动式边缘效应电容传感器与薄板对接工件的位姿关系示意图，其中，图 (a)是焊枪对中时的示意图，图（b)是焊枪左偏时的示意图，图（c)是焊枪右偏时的示意图。
[0014] 图4是摆动式边缘效应电容传感器平面结构示意图。
[0015] 图5是摆动式边缘效应电容传感器立体结构示意图。
[0016] 图6是数据转换及处理模块系统结构框图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0018] 本发明的系统方案是：如图1所示，它包括边缘效应电容传感器1、焊枪2、传感器 摆动装置3、十字滑块4、焊接小车5、数据转换及处理模块、主控制器、跟踪执行模块、送丝 机、焊接电源等组成。其中边缘效应电容传感器1嵌套于焊枪2气罩上，传感器摆动装置3 夹持焊枪一端对传感器和焊枪进行左右的角度摆动，焊接小车5控制焊接的工作方向，跟 踪执行模块驱动十字滑块4,十字滑块4即两个步进电机滑块呈十字交叉，其中纵向滑块 作高低方向的偏差的补偿，横向滑块作左右方向的偏差补偿。传感器摆动装置3通过连接 板与十字滑块4连接。传感器在焊接摆动过程中扫描薄板工件6焊缝坡口，其中传感器头 部随着摆动器的摆动与薄板工件之间呈现不同的距离变化，对应产生焊缝偏差的电容变化 值，得到的电容变换值经过数据转换及处理模块的转换和处理得到利于主控器计算的电压 变化信息，信息再通过主控制器的运算后，计算出左右偏差和高低偏差的距离，