[發(fā)明專利]一種電容式窄間隙焊縫跟蹤傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610213494.0
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105798426B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李湘文;曹源源;洪波;姚強;尹力
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種自動化焊接跟蹤傳感器，具體涉及一種應(yīng)用于窄間隙焊縫跟蹤的電容式焊縫跟蹤傳感器。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大型結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多。焊接作為工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，焊縫的自動化焊接被提到了首要位置，對提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都有非常重要的意義。而在大型結(jié)構(gòu)件中存在許多的復(fù)雜焊縫，由于外界工件復(fù)雜，存在各種阻擋，使得焊槍結(jié)構(gòu)必須小巧靈活，如一些大型厚壁壓力容器的窄間隙焊縫焊接。

目前針對窄間隙焊縫等復(fù)雜焊縫的自動化焊接問題，大多采用激光視覺傳感器進行焊接，然而激光視覺傳感器對于工件表面質(zhì)量，表面狀態(tài)，反光率和裝配精度要求較高，而焊接大型工件時，其安裝精度往往存在一定的偏差、錯邊等，難以滿足要求。同時激光視覺傳感器的掃描位置一般超前或落后于焊接點，不能實現(xiàn)實時采集，故不能及時的補償焊接變形。最后激光視覺傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、環(huán)境適應(yīng)性差。

其它各類可以實現(xiàn)實時焊縫跟蹤的傳感器，如磁控電弧式、旋轉(zhuǎn)電弧式焊縫跟蹤傳感器、擺動電弧式焊縫跟蹤傳感器等，可較好的用于一般薄板對接接頭或角接接頭等，但一般其傳感頭安裝在焊槍氣罩周圍，或焊槍需要擺動，占用空間相對較大，對于大型的復(fù)雜焊縫可達性較低。這很大程度上限制了窄間隙焊縫的自動跟蹤。

電容式傳感器是把外界位移量或壓力變化等檢測值轉(zhuǎn)換成電容變化量的一種高靈敏度傳感器。目前電容傳感器多用于微型精密系統(tǒng)的測量領(lǐng)域。對于電容傳感器在焊縫跟蹤領(lǐng)域的研究，多采用變截距式或單片式結(jié)構(gòu)，且一般采用兩個電極。上述兩種傳感器能適應(yīng)小型結(jié)構(gòu)件和薄板焊接，但對于大型窄間隙焊縫等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，目前尚未展開過這一方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于窄間隙焊縫焊接的電容式焊縫跟蹤傳感器。

為實現(xiàn)上述目的，該電容式焊縫跟蹤傳感器為圓柱套筒式三電極結(jié)構(gòu)，包括一個激勵電極和兩個接收電極，屏蔽層位于電極內(nèi)側(cè)，被三層絕緣層依次覆蓋。安裝于氣體保護焊焊槍氣罩之上，孔內(nèi)徑與焊槍氣罩外徑一致，電容底部與氣罩底部共面。

該電容傳感器具有的三個電極，等大小均勻分布于傳感器外表面，三個電極相互之間夾角均為120°。屏蔽層與電極材料均采用銅箔，內(nèi)側(cè)和外側(cè)絕緣層材料分別為高溫電絕緣防護鍍層和陶瓷涂層，厚度為0.1～0.3mm，中間層絕緣層材料為具有一定機械強度的絕緣樹脂，厚度為1.2～1.5mm。

該電容傳感器具有兩個接收電極，采集兩組電容C12和C13。依次通過電容電壓轉(zhuǎn)換、濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號e1和e2輸出。數(shù)字信號再通過切比雪夫數(shù)字低通濾波器濾波，將信號e1-e2-Δe對應(yīng)焊槍左右偏差,將信號(e1+e2)×x+(e1-e2-Δe)×y對應(yīng)焊槍高低偏差。以最小二乘法線性擬合，提取出縱向偏移信號UD和橫向偏移信號LR。信號UD與自適應(yīng)調(diào)節(jié)的基準信號UD’比較得出焊槍縱向偏移方向和距離，信號LR通過分析正負與大小得出焊槍橫向偏移方向和距離。從而達到檢測焊縫位置偏差的特性。

該電容式焊縫跟蹤傳感器靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)好，工作穩(wěn)定，對焊接環(huán)境中的惡劣條件適應(yīng)性強。相對于視覺類焊縫跟蹤傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，采樣點為實際焊接點；相對于其它實時跟蹤的焊縫跟蹤傳感器，其結(jié)構(gòu)小巧，不占用空間，可達性高。故相比之下，能更好的實現(xiàn)復(fù)雜焊縫的焊接跟蹤。

附圖說明

圖1(a)是本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖，(b)是立體式邊緣電場電容傳感器與角接接頭空間關(guān)系示意圖。

圖2是焊槍偏移示意圖。

圖3(a)是套于焊槍氣罩上的立體式邊緣電場電容傳感器橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；(b)是立體式邊緣電場電容傳感器立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是偏差信號提取流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

參見圖1(a)，立體式邊緣電場電容傳感1套于氣體保護焊的焊槍氣罩2之上，隨焊槍一起移動。將焊接過程中采集到的電容值信號傳送給信號轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機運算模塊運算，發(fā)送命令給焊接控制系統(tǒng)3，從而實現(xiàn)自動焊接跟蹤。