[發明專利]基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法

有效

• 申請號: 201610149289.2
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105598559B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 洪波;鐘勇;賈愛亭;劉龍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及焊接機器人及自動化領域，特別涉及到一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法。

背景技術

當前我國角焊縫焊接生產線的自動化生產水平不高，在焊接生產車間大多還采用手工焊接或者半自動焊接，使得焊接生產率不高、生產周期長，而且焊接過程中煙塵較大會危害工人身體健康，生產環境差；另外現有的焊縫跟蹤系統存在結構和運算繁雜、成本高昂、跟蹤不穩定等技術問題，目前大多采用CCD視覺傳感器進行跟蹤的系統受弧光、電磁場干擾嚴重，而且在焊接鋁合金時存在鋁合金反光嚴重的問題。與此同時超聲波傳感器在焊接應用中聲速受溫度場影響，而導致超聲波在焊接方面的應用有一定難度。本發明涉及的一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法，起到推進角焊縫焊接自動化發展的重要作用。

發明內容

為了更好的解決當前焊接方法存在的缺陷，提高焊接系統的穩定性、精度和自適應能力，提高焊接生產率，改善焊接環境，降低勞動強度，獲得優質焊接工件，現提出一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法。其主要內容是：它包括超聲波傳感器、離散信號采集與處理裝置、數據擬合處理裝置、校正控制裝置、溫度監測裝置、執行裝置、焊炬、焊接電源等。本發明利用超聲波傳感器輸出的掃描信號，結合溫度監測裝置的溫度特性，數據擬合處理器采用加權最小二乘法識別角焊縫中心，校正控制裝置采用前饋加反饋的智能調節對偏差量進行校正，執行裝置根據校正特性驅動焊炬進行角焊縫跟蹤。

本發明采用的技術方案是：

第一步：超聲波傳感器做擺動運動同時輸出掃描信號，安裝在旋轉軸上的超聲波發射器，在伺服電機的帶動下經減速裝置減速后驅動旋轉軸運動，超聲波接收器同時接收掃描信號。

第二步：離散信號采集與處理裝置的采集部分根據超聲波接收器接收的掃描信號做角度均勻的采樣，將采樣信號輸送到處理部分進行濾波與放大處理。

第三步：因為超聲波的傳播速度與溫度場有關，且焊接過程中形成的溫度場是復雜多變的，數據擬合處理裝置根據溫度監測裝置反饋的焊接溫度場信號，將存在溫度場異方差性的數據模型變成同方差性數據模型，保證了溫度參數估計量的良好統計性，采用加權最小二乘法通過溫度補償的方式進而準確識別角焊縫中心。

第四步：校正控制裝置根據超聲波傳感器的掃描信號、輸出特性和溫度監測裝置的溫度特性，系統進行在線學習與調整，使反饋偏差量e趨近于零，此時前饋調節占據主導控制作用，反饋調節不參與控制，執行裝置根據校正特性驅動焊炬進行角焊縫跟蹤，當系統出現擾動偏差時反饋調節重新啟動，實現前饋加反饋的智能控制。

本發明涉及的一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法，其有益效果是：采用超聲波傳感器進行角焊縫掃描，超聲波不易受弧光、電磁場等因素影響；離散信號采集與處理裝置進行離散采樣，減少了數據樣本空間，為后續數據擬合處理裝置的曲線擬合減少了計算量；數據擬合處理裝置采用加權最小二乘法識別角焊縫中心，將存在溫度場異方差性的數據模型變成同方差性模型，保證了溫度參數估計量的良好統計性；校正控制裝置采用前饋加反饋的智能控制，溫度監測裝置實時監測，可以提高系統的精度和自適應能力。

附圖說明

圖1是基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法框圖。

圖2是校正控制裝置信號框圖。

圖3是超聲波傳感器框圖。

圖4是超聲波傳感器、溫度監測裝置與焊炬位置框圖。

圖中1-伺服電機、2-減速裝置、3-旋轉軸、4-超聲波發射器、5-超聲波接收器、6角焊縫、7-焊炬、8-超聲波傳感器、9-溫度監測裝置。

具體實施方式

為了更好的描述本發明的技術方案與有益效果，接下來結合附圖與實施例進一步詳盡表述。

實施例1本發明公開了一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法，它包括超聲波傳感器、離散信號采集與處理裝置、數據擬合處理裝置、校正控制裝置、溫度監測裝置、執行裝置、焊炬、焊接電源等。本發明利用超聲波傳感器輸出的掃描信號，結合溫度監測裝置的溫度特性，數據擬合處理器采用加權最小二乘法識別角焊縫中心，校正控制裝置采用前饋加反饋的智能調節對偏差量進行校正，執行裝置根據校正特性驅動焊炬進行角焊縫跟蹤，參閱圖1-圖4。

本發明公開了一種基于超聲波擺動掃描的角焊縫跟蹤系統及方法，其具體實施步驟如下：