CN216208757U - 一种结合2d和3d检测的焊缝寻位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，包括，控制器、激光位移传感器、执行监视器、伺服电机，执行监视器通过伺服电机进行位置控制，激光位移传感器的内部设有传感单元，传感单元包括耦合电容和电阻线圈，电阻线圈的电阻值根据自身周围空气对流的变化而变化，传感单元还设有运算放大器，运算放大器的输出端和传感单元的输入端通讯连接。上述方案，在激光位移传感器的基础上通过设置电阻线圈和运算放大器对流高度变化值检测数据与预设的高度变化值阈值进行比较，运算放大器的输出电平根据被测量目标相对于电阻线圈的位置的变化而变化，且运算放大器的输出电平根据电阻线圈的电阻值空气对流变化而缩小放大进行。

Description

一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统

技术领域

本实用新型涉及寻位技术领域，尤其涉及一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统。

背景技术

焊接作为金属制造行业重要的加工手段，因其可靠、低成本连接材料的方法而广泛地应用于金属连接领域，随着焊接技术和工业机器人技术的不断发展，机器人焊接将逐步取代手工焊接，广泛应用在汽车、船舶、工程机械等行业中，采用焊接机器人可以获得比手工焊接更快的焊接速度，更高的焊接质量，具有高可靠性、精确性，可以有效减缓焊接过程产生的热辐射、弧光、烟尘以及弧光等对工人健康带来的危害，改善劳动环境，提高生产效率。

因此，推进焊接自动化、机械化、智能化，减轻焊工劳动强度和改善工作条件的机器人焊接方法成为研究焦点，而梯形焊件广泛应用于集装箱、工业厂房、展厅屋顶等，梯形焊件焊缝的跟踪问题是制约梯形焊件焊接发展的重要难题之一。

目前在激光定位焊接过程中，一般都是通过观察窗、摄像头和激光位移传感器等手段监控焊接过程，激光位移传感器出光和受光窗口透镜，无法对空气对流形成感应，从而挡住光路造成检测偏差或不能检测，精准度收到影响，光学观察系统的视差依靠人为经验矫正，缺乏可量化的判断参数，主观随机性大光学观察系统易被污染，影响观察清晰度，需要通过电子束在焊件上“打点”的方式判断电子束斑与焊缝的重合度，“打点”对焊件表面构成一定损伤，不宜对精密焊件进行“打点”。

此外，在焊接过程中，需要3D激光轮廓测量仪反映出焊缝的断面外形，但同时，体积大，为了解决反馈的问题，传统的解决方案是采用双输出步进电机，在电机尾端加装一个反馈编码器，通过读取编码器来解决反馈问题，从而知道执行状况，而加装了编码器的步进电机，显得集成度低，同时受编码器安装的影响，整个精度不够高。

为此，我们提出一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述背景提出的问题，而提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，包括，控制器、激光位移传感器、执行监视器、伺服电机，所述执行监视器通过伺服电机进行位置控制，所述激光位移传感器的内部设有传感单元，所述传感单元包括耦合电容和电阻线圈，所述电阻线圈的电阻值根据自身周围空气对流的变化而变化，所述传感单元还设有运算放大器，所述运算放大器的输出端和传感单元的输入端通讯连接；

所述运算放大器的输出电平根据被测量目标相对于电阻线圈的位置的变化而变化，且运算放大器的输出电平根据电阻线圈的电阻值空气对流变化而缩小放大；

所述激光位移传感器的内部还设有微处理器和串位电路器，所述微处理器根据所述电阻线圈的信号引起压降来检测所述电阻线圈的电阻值的空气对流变化，所述运算放大器的输出电平增减，对运算放大器电阻值的对流变化对输出电平缩小放大的变化进行补偿；

所述串位电路器用于修正后的高度差信号的校正。

优选地，所述传感单元的输出端电性连接有供电单元，所述供电单元对所述电阻线圈进行电流供应，所述执行监视器的输入端和控制器的输出端电性连接，所述控制器的输出端通讯控制有激光发生器。

优选地，所述微处理器的输入端通讯连接有信号接收单元，所述信号接收单元为LoRa无线通信器，所述信号接收单元的收发信号为小于等于350HZ。

优选地，所述运算放大器的内部设有正极和负极两种极性信号端，所述正极和负极信号端所述运算放大器电平的导电状态，所述运算放大器内部正极和负极的信号端由控制器进行控制。

优选地，所述电阻线圈的和耦合电容电性连接，所述运算放大器和电阻线圈通过耦合电容进行隔离，且提供高频信号通路，阻止工频电流进入电阻线圈和运算放大器。

优选地，所述执行监视器安装于外界焊枪的一侧，所述执行监视器的输出端和激光位移传感器的输入端通讯连接，所述激光位移传感器的输出端和控制器的输入端通讯连接，所述执行监视器对于焊接过程中，焊枪执行的情况，反馈至激光位移传感器或者控制器进行实时控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、上述方案，在激光位移传感器本身的基础上，通过设置电阻线圈和运算放大器对流高度变化值检测数据与预设的高度变化值阈值进行比较，运算放大器的输出电平根据被测量目标相对于电阻线圈的位置的变化而变化，且运算放大器的输出电平根据电阻线圈的电阻值空气对流变化而缩小放大进行，通过采集到的焊缝外观形状，提升激光位移传感器的精准度，从而更好地为焊缝跟踪服务，当高度变化值检测数据达到预设的高度变化值阈值时，控制器控制激光发生器停止焊接。

2、上述方案，通过设置伺服电机精细控制技术，使焊缝位置获取、焊接的动作、焊接的姿态能够更加准确，进一步的保障了产品的焊接质量，对于焊接过程中，焊枪执行的情况，给与了适时的反馈，该系统建立了一套可量化参数的定位焊缝的系统，以便快速、精确地对焊缝进行示教寻迹。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统的传感单元的结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统的焊枪反馈控制结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统的串位电路器结构示意图；

图5为本实用新型提出的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统的运算放大器电路高度检结构示意图。

附图标记：1、控制器；2、激光位移传感器；3、执行监视器；4、信号接收单元；5、供电单元；6、激光发生器；21、传感单元；22、耦合电容；23、电阻线圈；24、运算放大器；25、微处理器；26、串位电路器；31、伺服电机。

具体实施方式

下面将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。

参照图1-3所示，一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，包括，控制器1、激光位移传感器2、执行监视器3、伺服电机31，执行监视器3通过伺服电机31进行位置控制，激光位移传感器2的内部设有传感单元21，传感单元21包括耦合电容22和电阻线圈23，电阻线圈23的电阻值根据自身周围空气对流的变化而变化，传感单元21还设有运算放大器24，运算放大器24的输出端和传感单元21的输入端通讯连接；

参照图5所示，运算放大器24的输出电平根据被测量目标相对于电阻线圈23的位置的变化而变化，且运算放大器24的输出电平根据电阻线圈23的电阻值空气对流变化而缩小放大；

激光位移传感器2的内部还设有微处理器25和串位电路器26，微处理器25根据电阻线圈23的信号引起压降来检测电阻线圈23的电阻值的空气对流变化，运算放大器24的输出电平增减，对运算放大器24电阻值的对流变化对输出电平缩小放大的变化进行补偿；

参照图4所示，串位电路器26用于修正后的高度差信号的校正；

其中，由虚短知: V-=V+0.....a；

由虚断及基尔霍夫定律知,通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,故(V1-V-)/R1 +(V2-V-)/R2=(Vout- V-)/AR..... b；

代入a式，b式变为V1/R1+V2/R2=Vout/R3；

如果取R1=R2=R3 ,则上式变为Vout=V1+V2；

相位与中频信号相同，幅值与上升高度成正比；下降时相位与中频信号反相，幅值与下降高度成正比。

参照图1所示，传感单元21的输出端电性连接有供电单元5，供电单元5对电阻线圈23进行电流供应，执行监视器3的输入端和控制器1的输出端电性连接，控制器1的输出端通讯控制有激光发生器6；

微处理器25的输入端通讯连接有信号接收单元4，信号接收单元4为LoRa无线通信器，信号接收单元4的收发信号为小于等于350HZ。

参照图2所示，运算放大器24的内部设有正极和负极两种极性信号端，正极和负极信号端运算放大器24电平的导电状态，运算放大器24内部正极和负极的信号端由控制器1进行控制。

参照图2所示，电阻线圈23的和耦合电容22电性连接，运算放大器24和电阻线圈23通过耦合电容22进行隔离，且提供高频信号通路，阻止工频电流进入电阻线圈23和运算放大器24；

其中，电阻线圈23本身为螺旋线圈状结构，且安装于用于过滤外界电辐射波源的滤波材质。

参照图3所示，执行监视器3安装于外界焊枪的一侧，执行监视器3的输出端和激光位移传感器2的输入端通讯连接，激光位移传感器2的输出端和控制器1的输入端通讯连接，执行监视器3对于焊接过程中，焊枪执行的情况，反馈至激光位移传感器2或者控制器1进行实时控制。

其中，将激光位移传感器2通过电阻线圈23和运算放大器24对流高度变化值检测数据与预设的高度变化值阈值进行比较，当高度变化值检测数据达到预设的高度变化值阈值时，控制器1控制激光发生器6停止焊接；

其中，伺服电机精细控制技术，使焊缝位置获取、焊接的动作、焊接的姿态能够更加准确，进一步的保障了产品的焊接质量，对于焊接过程中，焊枪执行的情况，给与了适时的反馈。

其中，2D检测寻位为激光位移传感器21。

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揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，包括，控制器（1）、激光位移传感器（2）、执行监视器（3）、伺服电机（31），所述执行监视器（3）通过伺服电机（31）进行位置控制，所述激光位移传感器（2）的内部设有传感单元（21），所述传感单元（21）包括耦合电容（22）和电阻线圈（23），所述电阻线圈（23）的电阻值根据自身周围空气对流的变化而变化，所述传感单元（21）还设有运算放大器（24），所述运算放大器（24）的输出端和传感单元（21）的输入端通讯连接；

所述运算放大器（24）的输出电平根据被测量目标相对于电阻线圈（23）的位置的变化而变化，且运算放大器（24）的输出电平根据电阻线圈（23）的电阻值空气对流变化而缩小放大；

所述激光位移传感器（2）的内部还设有微处理器（25）和串位电路器（26），所述微处理器（25）根据所述电阻线圈（23）的信号引起压降来检测所述电阻线圈（23）的电阻值的空气对流变化，所述运算放大器（24）的输出电平增减，对运算放大器（24）电阻值的对流变化进行补偿；

所述串位电路器（26）用于修正后的高度差信号的校正。

2.根据权利要求1所述的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，所述传感单元（21）的输出端电性连接有供电单元（5），所述供电单元（5）对所述电阻线圈（23）进行电流供应，所述执行监视器（3）的输入端和控制器（1）的输出端电性连接，所述控制器（1）的输出端通讯控制有激光发生器（6）。

3.根据权利要求1所述的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，所述微处理器（25）的输入端通讯连接有信号接收单元（4），所述信号接收单元（4）为LoRa无线通信器，所述信号接收单元（4）的收发信号为小于等于350HZ。

4.根据权利要求1所述的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，所述运算放大器（24）的内部设有正极和负极两种极性信号端，所述正极和负极信号端所述运算放大器（24）电平的导电状态，所述运算放大器（24）内部正极和负极的信号端由控制器（1）进行控制。

5.根据权利要求1所述的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，所述电阻线圈（23）的和耦合电容（22）电性连接，所述运算放大器（24）和电阻线圈（23）通过耦合电容（22）进行隔离，且提供高频信号通路，阻止工频电流进入电阻线圈（23）和运算放大器（24）。

6.根据权利要求1所述的一种结合2D和3D检测的焊缝寻位系统，其特征在于，所述执行监视器（3）安装于外界焊枪的一侧，所述执行监视器（3）的输出端和激光位移传感器（2）的输入端通讯连接，所述激光位移传感器（2）的输出端和控制器（1）的输入端通讯连接，所述执行监视器（3）对于焊接过程中，焊枪执行的情况，反馈至激光位移传感器（2）或者控制器（1）进行实时控制。

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