CN109648224A - 一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，它主要针对角焊缝跟踪设计的一种旋转双电容式传感器。本发明的技术要点是：它由双电容取样装置、双空心轴驱动电机、信号倍增模块、数据处理模块、跟踪执行模块组成。双空心轴驱动电机对双电容取样装置进行周期旋转，两电容依次扫描角焊缝检测到焊缝偏差信号，通过信号叠加倍增、数据处理模块的运算后，跟踪执行模块补偿焊缝偏差从而实现角焊缝的自动跟踪；本设计的优点是双电容式传感器的信号叠加放大，节省电路设计，优化结构，同时双电容对外磁场、电场的分担，使其抗外界干扰能力强。

Description

一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器

技术领域

本发明属于焊接自动控制技术领域，具体涉及一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器。

背景技术

在现代工业生产制造中，焊接技术应用十分广泛，也尤为重要。在焊接自动控制技术领域，焊缝的自动跟踪技术一直以来都是一个难点。角焊缝的焊接作为工业生产中较为重要的工艺，有必要研究出针对角焊缝焊缝跟踪的旋转双电容式传感器，相对于其它传感器而言，该双旋转电容式传感器针对性强，对于角焊缝识别性强，信号变化表现更为明显，纠正偏差更为敏捷，更为准确。

目前，电容传感器广泛应用于焊缝跟踪领域，申请号为201610245066.6的专利《一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器 》中所述一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，其探测到的信号极其微弱，且容易被外磁场、电场干扰，而探测信号的放大与抗外磁场、电场在焊缝跟踪领域尤为重要。该旋转双电容式传感器通过信号倍增模块使探测信号放大，同时双电容对外磁场、电场的分担，使其抗外界干扰能力强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号强、抗干扰强、系统优化、结构简单的用于角焊缝跟踪的旋转双电容式传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：该旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，包括上端盖、外绝缘套、上下圆盘状绝缘板、内隔热套筒、双电容取样装置、双空心轴驱动电机、信号倍增模块、数据处理模块、跟踪执行模块。所述的内隔热套筒放置于驱动电机双空心轴内，与其装配，并留出足够的空间以便整个系统的电路走线，避免了电容和激光接受器线路电线在旋转时被缠绕破坏；同时，焊枪可放置于内隔热套筒内，隔热套筒起到隔热作用，避免系统电路烧坏，焊枪放置于内置套筒位于整个系统中心位置，使系统定位更为方便，结构更为紧密，焊缝识别更为准确。

更具体的，所述的旋转双电容式传感器的机理特征是；两电容在圆盘状绝缘块直径上对称放置，在双空心轴驱动电机的驱动下周期性旋转，在面对角焊缝不同位置点时，会感应出不同的电压信号，输出电压相对电容与被测工件的位置距离是成线性关系的，当焊枪正对焊缝时，旋转双电容所输出的电压信号为正弦波信号，焊枪发生左右偏离时，旋转双电容所输出的电压信号为波峰波谷不规则的波形图，通过波形图中波峰和波谷的变化可以判断焊枪偏差位置，因此可以通过波形图的变化来调整焊枪的位置，从而实现焊缝跟踪。

所述的双电容取样装置：激光发射器位于上圆盘状绝缘板上，信号提取位置感应开关位于下圆盘状绝缘板上，且位于一号电容的正左方。激光发射器持续发射信号，当感应开关打开，并接受到发射信号时，开始提取电压信号，设定一定的采集信号的时间周期，一定时间周期后感应开关关闭，信号采集完毕。

所述的信号倍增模块：两个电容在驱动电机带动下，周期性旋转扫描角焊缝，在双电容取样装置控制下，在设定的采集时间里，电容在任意位置都会输出一个电压值，从而会产生两个正弦波信号，将一号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器A，将二号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器B,对两正弦波信号进行对比分析，由于在信号采集开始时一号电容少旋转半个圆，在信号采集结束时一号电容多旋转了半个圆，利用数据处理剔除掉一号电容采集的正弦波第一个正弦波周期和二号电容采集的正弦波最后一个正弦波周期，得到的两个正弦波信号，两正弦波信号每个点的电压值为两电容在旋转过程中对应点的电压感应值，在同一波形图中对两个正弦波数据叠加，叠加后的正弦波信号为原来两电容正弦波信号的两倍。在上述信号倍增模块中，若在圆盘状绝缘板上以圆形等距放置n个电容，由以上原理可以类推：叠加后的正弦波信号为原来各电容正弦波信号的n倍。

所述的旋转双电容式传感器的特征是：系统利用双空心轴驱动电机驱动电容进行周期绕焊枪旋转，通过双电容取样装置的控制采集到两个电容对角焊缝的焊缝偏差信号，对两个焊缝偏差信号进行正弦波分析，得到不同时刻采集焊缝相同位置点的两个正弦波信号，再对两正弦波信号叠加倍增，然后通过跟踪执行模块对焊枪进行补偿焊缝偏差，从而实现角焊缝的自动跟踪。

附图说明

图1是旋转双电容式传感器结构示意图。

图2是旋转双电容式传感器电容工作平面结构示意图。

图3是旋转双电容式传感器提取信号起止位置示意图。

图4是旋转双电容式传感器正对位置输出波形图和倍增后波形图，其中图（a）是一号电容正对位置采集信号正弦波示意图，图（b）是二号电容正对位置采集信号正弦波示意图，图（c）是正对位置倍增后正弦波示意图。

图5是旋转双电容式传感器左偏和右偏时输出波形图，其中图（d）是一号电容左偏位置采集信号正弦波示意图，图（e）是二号电容左偏位置采集信号正弦波示意图，图（f）是左偏位置倍增后正弦波示意图，图（g)是右偏位置倍增后正弦波示意图。

在图1中，1、双空心轴驱动电机，2、电机空心轴，3、绝缘隔热套筒，4、绝缘定位塞，5、二号电容，6、套筒定位塞，7、焊枪，8、下圆盘状绝缘板，9、一号电容，10、激光接收器，11、激光发射器，12、上圆盘状绝缘板，13、外绝缘套，14、上端盖。

具体实施方式

为了更好地表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。但是，本发明的实施方式不限于此。

参见图1、图2，所述的一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，双空心轴驱动电机由上圆盘状绝缘板支撑，激光发射器位于上圆盘状绝缘板上固定不动，激光接受器位于下圆盘状绝缘板上并在一号电容正左边，一号电容和二号电容对称放置于下圆盘状绝缘板上，并且两电容中心连线过圆盘中心，即两电容的连线在圆盘的直径上。绝缘隔热套筒由绝缘定位塞固定在电机空心轴内壁，并与电机空心轴内壁有一定的空隙距离，用于整个系统的电路放置，避免电机旋转时发生电路缠绕，在绝缘隔热套筒内可用于放置焊枪，更方便了系统定位纠偏。下圆盘状绝缘板在双空心轴驱动电机驱动下周期性绕焊枪旋转，激光发射器持续发射信号，当感应开关打开，并接受到发射信号时，开始提取电压信号，两电容在面对角焊缝不同位置点时，会感应出不同的电压信号，输出电压相对电容与被测工件的位置距离是成线性关系的，当焊枪正对焊缝时，旋转双电容所输出的电压信号为正弦波信号，焊枪发生左右偏离时，旋转双电容所输去的电压信号为波峰波谷不规则的波形图，在设定的采集信号的时间周期后，感应开关关闭，信号采集完毕，通过波形图中波峰和波谷的变化可以判断焊枪偏差位置，因此可以通过波形图的变化来调整焊枪的位置，从而实现焊缝跟踪。

参见图3，是旋转双电容式传感器提取信号起止位置示意图，在旋转双电容式传感器工作时，驱动电机是匀速周期性转动的，激光发射器固定在上圆盘状绝缘板上并持续发射信号，当电容旋转至如图所示位置，感应开关打开，数据处理模块控制电容采集信号，在设定的采集时间周期后，在如图所示位置信号采集完毕。

参见图4，是旋转双电容式传感器输出波形图和倍增后波形图，其中图（a）是一号电容采集信号正弦波示意图，图（b）是二号电容采集信号正弦波示意图，图（c）是倍增后正弦波示意图。两个电容在驱动电机带动下，周期性旋转扫描角焊缝，在双电容取样装置控制下，在设定的采集时间里，电容在任意位置都会输出一个电压值，从而会产生两个正弦波信号，将一号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器A，将二号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器B,对两正弦波信号进行对比分析，由于在信号采集开始时一号电容少旋转半个圆，在信号采集结束时一号电容多旋转了半个圆，如图所示，在设定的采集周期里，一号电容和二号电容采集的正弦波周期是一致的，图（a）中波形图的最后一个周期和图（b）中波形图的第一个周期分别是一号电容和二号电容多出的波形信号，利用数据处理剔除图（a）、图（b）中多出的波形信号后，通过图（a）、图（b）各点坐标数据叠加得到倍增后正弦波示意图图（c），叠加后的正弦波信号为原来两电容正弦波信号的两倍。其中。

参见图4、图5，是旋转双电容式传感器左偏和右偏时输出波形图，其中图（d）是一号电容左偏位置采集信号正弦波示意图，图（e）是二号电容左偏位置采集信号正弦波示意图，图（f）是左偏位置倍增后正弦波示意图，图（g)是右偏位置倍增后正弦波示意图。旋转双电容是利用电容输出的电压信号和电容与工件之间的距离变化的对应关系来反映出焊缝的位置变化的。在电容旋转的过程中，边缘效应场每旋转到一个不同的位置都会有一个对应的电压值与之对应，当传感器对中焊缝时与传感器相对焊缝有左右偏差时，传感器输出的电压信号会有明显的不同。如图4中（a）、（b），当传感器对中焊缝时，一号电容和二号电容采集的电压信号都为典型正弦波信号，经信号倍增模块得到倍增后正弦波信号图（c）；如图5中（d）、（e）所示，当传感器相对焊缝左偏时，一号电容和二号电容采集的电压信号波峰的峰值发生交替变化，经信号倍增模块得到倍增后正弦波信号图（f），如图（f）所示起始峰值降低，第二波峰峰值升高；同理类推，当传感器相对焊缝右偏时，一号电容和二号电容采集的电压信号波峰的峰值同样发生交替变化，经信号倍增模块得到倍增后正弦波信号图（g），如图（g）所示起始峰值升高，第二波峰峰值降低。因此，可以根据波形图判断焊缝的左右偏离，然后通过数据处理模块、跟踪执行模块调节焊枪位姿，实现焊缝跟踪。

Claims (3)

1.一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，该传感器由双电容取样装置、双空心轴驱动电机、信号倍增模块、数据处理模块、跟踪执行模块组成，其特征是：利用双空心轴驱动电机驱动双电容取样装置绕焊枪周期性旋转，通过双电容取样装置采集不同时刻焊缝相同位置点的两个正弦波信号，通过信号倍增模块对两正弦波信号叠加倍增，再由数据处理模块将采集到的两个电容信号进行正弦波分析提取焊缝偏差信号，然后通过跟踪执行模块补偿焊缝偏差，从而实现角焊缝的自动跟踪。

2.根据权利1所述的一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，其双电容取样装置特征是：两电容在圆盘状绝缘块直径上对称放置，其双电容取样装置的激光发射器位于电机下方绝缘板上，接收器位于一号电容正左方，在电容旋转过程中将信号采集完毕；双空心轴驱动电机为转动轴两端都为空心轴的驱动电机，空心轴内置绝缘套筒并留有一定间隙，间隙用于系统电路走线，避免旋转时电路缠绕，绝缘隔热套筒内部用于放置焊枪。

3.根据权利1所述的一种旋转双电容式角焊缝跟踪传感器，其信号倍增模块特征是：所述的两个电容在周期性旋转时会产生两个正弦波信号，将一号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器A，将二号电容采集的正弦波信号放置于信号存储器B,对两正弦波信号进行对比分析，由于在信号采集开始时一号电容少旋转半个圆，在信号采集结束时一号电容多旋转了半个圆，利用数据处理剔除掉一号电容采集的正弦波第一个正弦波周期和二号电容采集的正弦波最后一个正弦波周期，得到不同时刻采集焊缝相同位置点的两个正弦波信号，利用数据叠加放大，叠加后的正弦波信号强度为原来两电容采集的正弦波信号两倍。