[發明專利]一種旋轉邊緣電容焊縫跟蹤傳感器

有效

• 申請號: 201610245066.6
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105665981B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 李湘文;李文強;洪波;龐爭林
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K37/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于焊接自動控制技術領域，具體涉及一種旋轉邊緣電容焊縫跟蹤傳感器。

背景技術

在焊接自動控制技術領域，焊縫的自動跟蹤技術一直以來都是一個難點。從廣義上來說，就是焊槍在焊接的過程中能夠實現自動化和智能化的沿著焊縫軌跡運動并且在出現偏差的時候能夠及時調整回去。基于焊接環境、焊接對象、焊接坡口形式等各方面的因素考慮，只有傳感器在結構上、靈敏度上、動態品質因素上、抗干擾性能等方面都具有較好的表現才可以考慮用于焊接。

電容傳感器通過電容值的變化去觀察距離的變化，他不但原理簡單，而且結構也非常簡單，并且對偏差信號還具有很強的分辨能力，可以在高溫、高輻射、強振動等惡劣環境下工作。電容傳感器在工作的時候與工件是不接觸的，也就是所說的非接觸測量，這樣不但可以防止磨損，延長傳感器的工作壽命，也可以避免掉一部分接觸式干擾，獲得良好的輸出特性。這就是電容傳感器的獨特所在。電容傳感器對靠進的金屬或高導電的物體有非常靈敏的感應能力，除此之外，通過多極板結構，電容傳感技術結合高精度的數字信號輸出，或者結合提供絕對精度較低的模擬信號輸出的電路，其響應速度快，電路簡單，能夠精確測量待測傾角和線性位置，又由電容傳感器的可達性能好，結構相對簡單，穩定性能好，抗干擾能力強等優點而被廣泛的應用。

因此有必要提供一種技術手段以解決上述缺陷。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種成本低、結構簡單、靈敏度高、穩定性好的旋轉邊緣電容焊縫跟蹤傳感器。

本發明的目的是通過如下的技術方案來實現的：該旋轉邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，包括上端蓋、絕緣套、驅動電機、旋轉編碼器、電磁場屏蔽層、電容基板、信號處理模塊；所述的旋轉編碼器在驅動電機的下方，驅動電機由電機支架支撐，并由螺釘固定在電機支架上；所述的電磁場屏蔽層設于旋轉編碼器的下方，電容基板的上方，且電磁場屏蔽層固定在絕緣套上，與電機軸相對轉動；所述的電容基板設于電磁場屏蔽層的下方，并通過絕緣套筒嵌套與電機軸上，與電機軸進行同步旋轉；基板電路和旋轉編碼器電路經由絕緣外殼連接于上端蓋。

更具體地說，所述的旋轉電容傳感器主要由激勵電極極板9、接收電極極板11、兩極板間的絕緣層10和絕緣層組成,電容基板采用圓盤形結構，其激勵電極采用單平面環形結構，接收電極采用半環形結構，接收電極和激勵電極之間由絕緣層隔開。電容基板通過絕緣套筒嵌套于電機軸上，與電機軸進行同步旋轉。

所述的旋轉電容傳感器的電容基板通過驅動電機帶動，進行往復運轉時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態時，將產生不同的調制信號，該信號通過傳感器內部的信號處理模塊后，將信號進行解調，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態。數據轉換和處理電路將電容傳感器采集到的焊縫位置信息進行轉換和處理，之后再將處理的信號輸送給驅動控制電路，進行十字滑架對焊槍相對于焊縫位置的糾偏調節，從而實現焊槍對焊縫的實時跟蹤。

所述的旋轉電容傳感器的旋轉編碼器的光耦固定在傳感器的絕緣套上，光柵與電機軸進行同步旋轉，當電機軸進行一百八十度往復旋轉時，電容傳感器每一時刻所采集的焊縫偏差信息都會對應一個旋轉編碼器此時旋轉的角度，通過信號處理模塊即可得到焊槍跟蹤方向與焊縫偏離方向之間的夾角，通過驅動控制電路控制十字滑塊進行偏差信息的補償，即可實現焊縫的跟蹤。

所述的旋轉電容傳感器的信息處理模塊包括信號放大電路、信號補償電路、信號整形電路、信號擬合電路以及濾波降噪電路。

所述的旋轉電容傳感器的機理特征是：利用環形電容基板上激勵電極與接收電極之間產生的邊緣效應作為焊接區域的檢測場，通過驅動電機的往復運轉，邊緣效應電場就會旋轉掃描焊縫區域，傳感器頭部與工件之間距離的變化能夠轉化為傳感器輸出電壓的變化，當傳感器掃描過焊縫位置時會輸出相應的電壓信號峰值，電壓信號峰值就是焊縫的中心位置，當傳感器相對焊縫的位置發生相對偏離時，就會輸出不同的電壓信號波形，因此可以通過電壓峰值信號的變化判斷焊縫中心的位置，傳感器對中焊縫時旋轉半周輸出的波形和傳感器左右偏離時旋轉半周輸出的波形會有明顯的區別。

所述的旋轉電容傳感器的特征是：當驅動電機帶動電容基板往復運轉時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態時，將產生不同的調制信號，該信號通過傳感器內部的信號處理模塊后，將信號進行解調，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態，再將處理的信號輸送給驅動控制電路，進行十字滑架對焊槍相對于焊縫位置的糾偏調節，從而實現焊槍對焊縫的實時跟蹤。

附圖說明