CN115213524A - 一种磁控tig电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空开一种磁控TIG电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法，主要由工控机、压力传感器、焊丝运动控制、A\D转换模块、霍尔传感器、磁控头、励磁电源、焊枪等部分组成。通过焊丝触觉传感器与磁控电弧传感器结合计算出焊缝位置相对于焊嘴的位置坐标信息，实现焊枪的焊缝位置跟踪，该方法具有精度高、装置成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于一种自动化焊接方法，具体涉及一种磁控、触觉双传感融合焊缝跟踪方法。
背景技术
目前的焊接机器人多属于示教再现型，该类型机器人不具备外界感知及智能化调整能力，该类机器人焊接过程中，因钣金精度限制、装夹精度在持续生产中的劣化及焊接过程，不均匀温度场必然导致的变形，极易出现焊偏及咬边等缺陷，因此，发展以具有环境感知、自主编程及实时自我修复能力为特征的智能焊接机器人，是产业界的迫切需求；近年来，为了解决上述问题，国内外，通过外加传感器在线修正的方式来提高焊接时的精度；现在常见的传感器有视觉传感器、磁控传感、接触式传感器等，视觉传感器是现在主流的传感器，但其所需成本过高，抗干扰能力弱，对于空间弧形焊缝的焊缝点提取难度大；近年来，磁控焊接技术受到了国内外研究人员的广泛重视；在焊接过程及焊后热处理过程中施加磁场，可以显著改善熔池金属的传质及传热行为，细化晶粒组织，减少成分偏析，促使第二相均匀化弥散分布，降低气孔、热裂纹等焊接缺陷的敏感性，显著提升焊缝力学性能；然而国内学者对磁控的研究主要集中于磁控对焊缝成型的工艺方面，对磁控焊缝跟踪技术研究较少，；焊丝触觉传感器可靠性高、结构简单，信号提取方便。
综上所述，现有磁控焊接主要集中于焊接成型工艺，在焊缝跟踪方面，主要集中于焊缝信息的提取，单一的磁控传感器无法提取焊缝的三维坐标。
发明内容
本发明的目的是为了将磁控传感器与触觉传感器融合，提取出工件的三维坐标并将其重建，并利用三维坐标实现工件的焊缝跟踪过程。
本发明的目的是通过如下的方案来实现的：如图1所示，磁控电弧、触觉双传感融合焊缝跟踪方法主要由工控机、压力传感器、焊丝运动控制、A\D转换模块、霍尔传感器、磁控头、励磁电源、焊枪等部分组成。本发明提出了一种磁控TIG 电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法，励磁电源给磁控头提供交变电流，交变电流将控制横磁控头产生交变磁场，交变磁场控制电弧左右摆动，霍尔传感器实时检测焊接电流的大小，并将焊接电流的数值通过A\D转换传递给pc工控机，焊机控制焊枪起弧，压力传感器感应焊丝的压力变化，并将信号传递给工控机。所述的磁控头结构示意图如图2所示，磁控头主体(8)通过焊枪固定孔(7)固定在焊枪上，铁棒(6)和铁棒(9)对称布置在磁控头主体两侧，铁棒上均匀缠有铜线圈，铁棒通过螺母固定，励磁电源与铜线圈连接，在交变电流下，铜线圈将会产生磁场控制电弧左右摆动，光电开关固定于磁控主体下方，当焊丝通过，光电开关将信号传递至pc工控机。
所述的送丝机构结构示意图如图3和图4所示，电机安装在送丝机构外壳上，电机控制送丝轮转动，送丝轮正转，焊丝会送丝，送丝轮反转，焊丝会回抽丝，压力传感器安装在送丝机构外壳上，压力传感器内壁与焊丝接触，实时检测焊丝的压力。
本发明的焊接过程示意图如图5和图6所示，所述焊枪先到达焊接起始位置，焊接过程会按图示箭头方向移动，所述的焊枪与焊嘴之间的位置坐标变化，公式如下：
X1＝T1xV1
其中X1是焊接起点到焊嘴之间的焊丝长度，T1是焊丝从焊嘴到焊接起始点直接所用的时间，V1是电机20的转速，1P是工件坐标在坐标系中的坐标，
是坐标 2到坐标系1上的坐标变换，2P是工件在坐标系2中的坐标值。
本发明的有益效果:本发明提出一种磁控TIG电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法
，本发明利用横向磁场工件进行焊缝跟踪，可以显著改善熔池金属的传质及传热行为，细化晶粒组织，减少成分偏析，促使第二相均匀化弥散分布，降低气孔、热裂纹等焊接缺陷的敏感性，显著提升焊缝力学性能，同时使用磁控触觉双传感融合的方法，可以有效提取出工件焊缝位置的三维坐标，不仅解决了单一磁控传感器无法捕捉三维坐标的问题，同时提高了焊接精度。
附图说明
图1为本发明的工作原理图
图2为本发明的磁控头结构示意图
图3为本发明的送丝机构结构示意图
图4为电机的安装示意图
图5为本发明的焊接过程示意图
图6为本发明的坐标系位置图
图中：1-焊丝，2-发丝机构，3-焊枪，4-磁控头，5-螺母1，6-铁棒1，7-焊枪固定孔位，8-磁控头主体，9-铁棒2，10-螺母2，11-铜线圈1，12-中心圆筒，13- 光电开关，14-同线圈2，15-送丝轮1，16-焊丝，17-送丝轮2，18-送丝机外壳 19-压力传感器，20-电机，21-焊接起点，22-工件，23-电弧,24-焊嘴中心点25-焊缝位置
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明做进一步详细的描述
实施例1，参见图1、图2、图3、图4和图5，磁控电弧、触觉双传感融合焊缝跟踪方法主要由pc工控机、压力传感器、焊丝运动控制、A\D转换模块、霍尔传感器、磁控头、励磁电源、焊枪等部分组成，工控机控制焊枪到达工件的起焊点位置，工控机控制电机(20)正转，电机转速为V1电机(20)带动送丝轮(15) 和(17)正转，焊丝伸出，当焊丝到达焊嘴位置，，光电开关(13)感应到焊丝，将信号传递至工控机，工控机开始计时T1,当焊丝接触起焊点，焊丝受到工件的压力，压力传感器接收到压力值，将信号传递至工控机，T1计时结束，工控机根据时间T1和速度V1求出起焊点到焊嘴位置的焊丝长度,根据坐标变换可将坐标系2转换到坐标系1中，焊丝到达焊接起始点后，工控机控制焊机工作，焊枪产生焊接电弧(23)，励磁电源向磁控头发送交变电流，磁控头产生交变横向磁场，横向磁场控制电弧左右摆动，电弧在工件上的弧长会发生变化，焊接电流将会实时变化，霍尔传感器实时接收焊接电流，并将电流模拟量值通过A\D转换模块传递至工工控机，工控机根据模拟量的数值重建工件焊缝处的三维模型，控制焊丝向焊缝中心位置移动，同时，焊丝实时接触工件，在焊接过程中，焊丝触碰工件会发生短路，焊接电流会大幅度变大，霍尔传感器接收到电流信号，并将信号传递至工控机，工控机根据焊丝长度和焊缝处三维模型，计算出工件在坐标系 2中的实时位置，控制焊枪摆出相应的姿态。
所述磁控头由铁棒、螺母、磁控头主体(8)、中心圆筒、光电开关(13)组成，磁控头主体(8)通过焊枪固定孔(7)固定在焊枪上，铁棒(6)和铁棒(9) 对称布置在磁控头主体两侧，铁棒上均匀缠有铜线圈，铁棒通过螺母固定，励磁电源与铜线圈连接，在交变电流下，铜线圈将会产生磁场控制电弧左右摆动，光电开关固定于磁控主体下方，当焊丝通过，光电开关将信号传递至pc工控机。
所述的送丝机构结构示意图如图3和图4所示，电机安装在送丝机构外壳上，电机控制送丝轮转动，送丝轮正转，焊丝会送丝，送丝轮反转，焊丝会回抽丝，压力传感器安装在送丝机构外壳上，压力传感器内壁与焊丝接触，实时检测焊丝的压力。
实施例2，参见图5和图6，工件与焊嘴处的DH坐标变换，坐标系变换由焊接起点(21)、焊嘴中心点(24)、焊接长度X1、焊缝位置(25)、等位置信息组成，工控机在起焊位置处建立坐标系2，起焊点作为坐标系2的三维原点，坐标系1 建立在焊嘴中心处，焊丝伸长方向作为坐标系1的伸长方向，通过DH坐标变换可求出坐标2相对于坐标2的位置变换，在焊接过程中，焊枪向图5箭头方向移动，横向磁场实时扫描焊缝位置，将焊缝处的三维信息传递至工控机，工控机根据焊缝点到焊嘴处的焊丝实时长度，计算出工件在坐标系2的位置坐标，并将位置坐标转换到坐标系1中，工控机根据坐标信息实时调整焊枪姿态和位置高度，控制焊丝指向焊缝中心，同时防止焊枪与工件碰撞。
Claims (4)
1.一种磁控TIG电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法，其特征是：该方法主要包括霍尔传感器、磁控头、焊丝、压力传感器、光电开关、送丝轮、励磁电源、A\D转换模块、pc工控机。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征是：实时检测TIG焊丝尖端的压力值，并将数值传递至工控机，通过数据反馈调节焊丝位置，计算焊丝伸长量，结合焊枪的实时姿态，在工件处建立工件坐标系，在TIG焊枪建立机器人末端坐标系，通过坐标变换实现两个坐标之间的坐标变换。
3.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其特征是：检测在横向磁场作用下的TIG电弧电流数值和焊丝触碰工件时的电流值，霍尔传感器记录信号，提取出焊丝点位置信号，并将其转换至机器人末端坐标系。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种磁控TIG电弧接触式双传感融合焊缝跟踪方法，其特征是:磁控TIG电弧传感器控制电弧在工件上来回摆动，根据霍尔传感器实时采集电流的变化，获取焊缝位置，结合权利要求2、3中的触觉传感器建立的坐标系，求出工件焊缝位置表面在工件坐标系中的实时坐标，并求出焊缝中心在机器人末端位置坐标系中的实时坐标，控制焊枪实现实时焊缝跟踪。
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