[發明專利]電弧傳感器焊槍位置偏差信息提取方法

有效

• 申請號: 200910025826.2
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101514886A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 甘亞輝;戴先中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;B23K9/127
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域：

本發明針對弧焊機器人領域常用的電弧傳感技術，提出了一種新的偏差信息提取方法。該方法可實現函數空間最佳逼近指標下的偏差信息提取，同時適用于擺動式電弧傳感器和旋轉式電弧傳感器。屬于焊接自動化、機電一體化技術領域。

背景技術：

傳統的弧焊機器人通常采用“示教-再現”的方式執行焊接任務。然而由于裝配誤差、焊接熱變形等因素的影響使得示教軌跡同實際焊縫總是存在一定的偏差。因此為保證高質量的完成焊接任務，人們發明了各種各樣的傳感方式和偏差補償方法，其中以電弧傳感方式最為常用。

目前電弧傳感已普遍應用于弧焊機器人領域，依賴于電弧傳感的焊縫跟蹤控制系統也是目前焊接自動化技術的主流。電弧傳感的基本原理是通過觀測焊接電流特性來提取焊縫跟蹤時的偏差信息，通常采用的電弧傳感方式有擺動式電弧傳感、旋轉焊炬式電弧傳感以及并列雙絲電弧傳感。然而目前的電弧傳感器傳感精度不高，動態響應也較慢，這主要是因為目前通常采用的電弧傳感偏差信息的提取方法如直接測位法、極大值點對比法、左右區域積分差值法等僅考慮了焊接電流的部分特性，而且在分析電流波形特點同偏差信息間的關系時做了線性近似，這些近似化處理都導致了傳感器模型的不準確性，使得傳感精度受到模型本身的限制。

針對上述電弧傳感應用中普遍存在的問題，本發明提出了一種基于連續函數空間最佳逼近思想的電弧傳感偏差信息提取方法。其基本思想是利用焊接電流信號的采樣結果結合函數逼近的思想計算焊槍位置的偏差信息。該方法首先推導出焊接電流信號的理論波形同焊槍位置偏差信息的關系，然后在最小均方誤差意義下計算出一個同實際的焊接電流采樣信號最為相似的焊接電流理論波形，則該波形對應的偏差值即是要提取的焊槍位置的偏差信息。采用本方法提取偏差信息時充分考慮了焊接電流觀測信號的波形特征，同時避免了對傳感器模型的近似，從而在傳感器的可靠性和傳感精度方面均取得了較大改進。

發明內容：

技術問題：本發明的目的是提供一種電弧傳感器焊槍位置偏差信息提取方法，在電弧傳感器硬件組成的基礎上提供一種更加可靠、更為精確的偏差信息提取方法。

技術方案：電弧傳感器焊槍位置偏差信息提取方法，其基本思想是：將可觀測的焊接電流信號視為連續函數空間中的一個函數Z(t)，將理論推導得出的焊接電流同時間t、偏差e的函數關系視為連續函數空間中的一族以偏差e為變元的函數族{I(t，e)}，通過求解函數極值的方法從這族函數中確定一個最佳逼近元I(t，e^*)使其波形最符合焊接電流采樣信號的波形，則該逼近元所對應的偏差值e^*就是要提取的偏差信息。

本發明提出的電弧傳感器焊槍位置偏差信息提取方法利用焊接電流信號的采樣結果按照函數逼近的方法計算焊槍位置的偏差信息，具體步驟是將焊接電流在不考慮干擾情況下隨時間變化的關系視為連續函數空間的基函數，將實際采樣得到的焊接電流信號視為待逼近的目標函數；采用線性逼近的方法在最小均方誤差意義下計算函數的相似性，并從這些基函數中找到一個同目標函數最相似的基函數，則該基函數對應的偏差值就是要提取的焊槍位置偏差；該方法可應用于焊接自動化領域中廣泛使用的正弦式擺動電弧傳感器和旋轉焊炬式電弧傳感器。

對于正弦擺動式電弧傳感器，由焊槍位置偏差決定的焊接電流在不考慮干擾的情況下隨時間變化的關系為：

I(t,e)=I0+Kc|Asin2πVtL+e|tanα]]>