CN204321386U - 一种电弧传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电弧传感系统，该系统包括：依次连接的工控机、控制器局域网络CAN卡、四轴焊接平台与电弧传感器；其中，所述电弧传感器的一端还与所述工控机相连；所述四轴焊接平台包括：高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和垂直于焊接方向的摆动机构；所述高低行走机构、前后行走机构和左右行走机构均采用滚珠丝杠结构，所述摆动机构采用音圈电机。通过采用本实用新型公开的系统，保证了电弧传感系统的精确性和实时性。
Description
技术领域
本实用新型涉及焊接技术领域，尤其涉及一种电弧传感系统。
背景技术
在海底管道铺设的过程中，高效稳定的焊接可以提高焊接效率和焊接质量。传统的手工电弧焊，工人的劳动强度大，焊接效率低，焊接质量受工人的操作水平影响很大，为了克服海底管道铺设中传统手工电弧焊的局限性，国际海洋石油工程公司都率先采用全位置自动化焊接。
比较著名的管道铺设焊接机器人公司有美国的CRC Evans，法国Serimax公司，韩国现代重工，日本新日铁公司等。所生产的全位置焊接机器人有单炬、双炬、多炬、双炬串联双丝等全位置焊接机器人。为了提高焊接机器人的自动化和智能化水平，近些年逐步开发出具有焊缝跟踪的全位置焊接机器人。
焊缝跟踪中的传感器大体分为接触式的和非接触式的。接触式传感器容易磨损，需要经常更换，精度取决于机械结构，使用的较少。非接触式传感器主要有视觉传感器和电弧传感器，日本新日铁公司、韩国现代重工和国内廊坊管道局、哈尔滨工业大学的管道焊接机器人都采用了视觉传感器，但是，视觉传感器结构复杂，价格昂贵，维护成本高。
电弧传感器主要有摆动电弧传感器和旋转电弧传感器。美国的CRC、法国的DASA、韩国现代重工及日本新日铁公司等都采用了电弧传感器。
目前，国内管道控制机器人控制器大对数有PLC、单片机或DSP芯片构成，经常采用RS-232方式进行通讯，系统信号容易受到干扰，数据传输较慢，实时性差，尤其加入电弧传感功能后系统负荷变大，不能快速响应。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电弧传感系统，保证了电弧传感系统的精确性和实时性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电弧传感系统，其特征在于，该系统包括：依次连接的工控机、控制器局域网络CAN卡、四轴焊接平台与电弧传感器；其中，所述电弧传感器的一端还与所述工控机相连。
所述四轴焊接平台包括：高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和垂直于焊接方向的摆动机构；其中，所述摆动机构通过安装座安装在所述高低行走机构上，高低行走机构通过安装座安装在前后行走机构上，前后行走机构通过安装座安装在左右行走机构上。
进一步的，所述高低行走机构、前后行走机构和左右行走机构均采用滚珠丝杠结构，所述摆动机构采用音圈电机。
进一步的，所述电弧传感器包括：数据采集卡，以及与所述数据采集卡相连的霍尔电流传感器及霍尔电压传感器。
进一步的，所述工控机为信息处理单元，包含了采用LabVIEW编制的数据采集程序和运动控制程序。
进一步的，所述四轴焊接平台还包括：具有CAN-open接口的数字伺服驱动器以及与其连接的伺服电机。
进一步的，所述CAN卡与所述四轴焊接平台中数字伺服驱动器的CAN-open接口相连。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，通过采用CAN总线通讯方式，通过摆动机构、高低机构、左右机构、前后机构进行实时控制，抗干扰能力强，保证了电弧传感系统的精确性和实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种电弧传感系统的示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种四轴焊接平台的示意图
图3为本实用新型实施例提供的一种电弧传感系统的工作示意图；
图4a为本实用新型实施例提供的左右区间积分法的示意图；
图4b为本实用新型实施例提供的左右区间积分法的示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
实施例
图1为本实用新型实施例提供的一种电弧传感系统的示意图。图1中的附图标记11、12、13、14分别对应的表示工控机、CAN卡、四轴焊接平台与电弧传感器。如图1所示，该系统主要包括：依次连接的工控机、控制器局域网络CAN卡、四轴焊接平台与电弧传感器；其中，所述电弧传感器的一端还与所述工控机相连；
所述四轴焊接平台包括：高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和垂直于焊接方向的摆动机构。如图2所示，附图标记131、132、133、134分别对应的表示高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和摆动机构；所述摆动机构通过安装座安装在高低行走机构上，高低行走机构通过安装座安装在前后行走机构上，前后行走机构通过安装座安装在左右行走机构上。摆动机构可以单独进行摆心和摆动幅度调整，高低机构可以带着摆动机构一起运动，前后行走机构可以带着高低、摆动机构一起运动，左右行走机构可以带着摆动、高低、前后机构一块运动。
所述高低行走机构、前后行走机构和左右行走机构均采用滚珠丝结构，所述摆动机构采用音圈电机将直线运动转化为焊枪的摆动，可以实现高频摆动，摆动频率可以达到20HZ，可以满足电弧跟踪对摆动频率的要求。焊接平台配备有带有CAN-open的数字伺服驱动器以及与其连接的伺服电机(连接控制高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和垂直于焊接方向的摆动机构)。
所述电弧传感器主要包括：数据采集卡，以及与所述数据采集卡相连的霍尔电流传感器及霍尔电压传感器。所述霍尔电流传感器的匝数比可以为1:5000，所用的测量电阻的阻值可为120欧姆。数据采集时采用差分测量的方式，因为差分测量方式不仅可以避免 接地回路的干扰，还能避免环境引起的共模电压的干扰。
所述工控机为信息处理单元，包含了采用LabVIEW编制的数据采集程序和运动控制程序。
所述CAN卡与所述四轴焊接平台中数字伺服驱动器的CAN-open接口相连；其中，所CAN卡作为控制主站单元，所述的数字伺服驱动器作为控制从站单元。所述CAN卡通过工控机管理四轴平台的动作，能够使得控制信号高速传输，具有较强的抗干扰能力。
具体来说，本实用新型实施例基于CAN总线的电弧传感系统的工作示意图，可如图3所示。
本实用新型基于CAN总线的电弧传感系统的具体实施过程，包括：在上位机设定好焊接速度，摆动速度、摆动幅度，起弧信号发出后，左右电机按照设定的焊接速度进行焊接，摆动机构按照设定摆动速度、摆动幅度运行，同时进行焊接电流和电压的采集，将采集的电流信号或电压信号进行信号处理，经过偏差处理算法，得到焊缝的偏差信息，通过信息处理单元(工控机)将偏差信息处理，由数字伺服驱动器驱动伺服电机来控制相关的机构进行补偿。经过偏差信号提取，高低方向发生偏差，则由高低机构进行调节，在焊接过程中，水平方向偏离尺寸过大，左右、前后机构进行实时调整，同时，摆动机构实时调整摆心，以保证优质的焊接质量。
示例性的，电流和电压信号的采集采用NI公司的数据采集卡，采用LabVIEW编制焊接电流电压采集程序。
所述的电流和电压信号的处理，包括高低跟踪信号处理采用滑动平均滤波器。左右跟踪信号处理采用二阶巴特沃斯低通滤波器。
所述的偏差处理算法中高低焊缝偏差信号的提取通过试验采用最小二乘法获得电弧传感器高度位置和焊接电流之间的数学关系；左右焊缝偏差信号的提取采用左右区间电流积分差值法。
所述的左右区间电流积分差值法是经过信号处理的左半部分三分之一的焊接电流进行积分和右半部分三分之一的焊接电流进行积分做差值，反映出焊缝左右的偏差信息。如图4a-4b所示，L、C、R分别表示左侧、中间、右侧；当焊枪偏离焊缝靠近右侧，则向左摆动焊接，经过二阶巴特沃斯低通滤波器滤波后得到所需要的波形，左半部分中心三分之一电流积分值和右半部分中心三分之一电流积分值的差值反应了焊缝左右的偏差信 息。此方法和全部积分方法相比减少了数据的运算量，提高了运算精度。
本实用新型实施例通过采用CAN总线通讯方式，通过摆动机构、高低机构、左右机构、前后机构进行实时控制，抗干扰能力强，保证了电弧传感系统的精确性和实时性。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种电弧传感系统，其特征在于，该系统包括：依次连接的工控机、控制器局域网络CAN卡、四轴焊接平台与电弧传感器；其中，所述电弧传感器的一端还与所述工控机相连；
所述四轴焊接平台包括：高低行走机构、前后行走机构、左右行走机构和垂直于焊接方向的摆动机构；其中，所述摆动机构通过安装座安装在所述高低行走机构上，高低行走机构通过安装座安装在前后行走机构上，前后行走机构通过安装座安装在左右行走机构上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述高低行走机构、前后行走机构和左右行走机构均采用滚珠丝杠结构，所述摆动机构采用音圈电机。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电弧传感器包括：数据采集卡，以及与所述数据采集卡相连的霍尔电流传感器及霍尔电压传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工控机为信息处理单元。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述四轴焊接平台还包括：具有CAN-open接口的数字伺服驱动器以及与其连接的伺服电机。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述CAN卡与所述四轴焊接平台中数字伺服驱动器的CAN-open接口相连。
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