[發明專利]一種基于雙傳感式的管管相交相貫線焊縫跟蹤方法

有效

• 申請號: 201810046610.3
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108202185B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 洪波;陳實;蘆川;譚熾泉;屈原緣
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于雙傳感式的管管相交相貫線焊縫跟蹤方法。其技術方案要點是：利用雙傳感式機構上的類球閥活動關節裝置調節前后兩個傳感器繞焊槍旋轉，通過調節傳感頭空間方位，分別檢測到相貫線焊縫信息和熔池信息；采用一種混連型多傳感器數據融合的工作流程結構，結合SVD分解原理和Bar?shalom算法，將前置傳感器檢測到的焊縫信息進行預處理后與相貫線焊縫空間曲線方程進行第一次融合，將后置傳感器接收到的反映熔池信息的信號光在經過信號處理后與上述融合數據進行第二次融合，經過兩次的數據提取和融合，實現對焊縫跟蹤信息數據的高效處理；本方法是基于一種全狀態閉環反饋控制的相貫線焊縫跟蹤，可以顯著提高相貫線焊縫跟蹤的精度。

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雙傳感式的管管相交相貫線焊縫跟蹤方法。

背景技術

在鍋爐焊接中，管管相交的相貫線焊縫極為常見，但因為管管相交的相貫線焊縫屬于不斷變化的空間曲線焊縫，不同于一維或二維平面上的焊縫，管管相交相貫線焊縫焊接過程中隨著空間曲線焊縫形式變化，傳感頭難以調整到合適的檢測位置，使得傳感器的識別存在著偏差，導致焊縫跟蹤不精確，難以保證焊縫質量。所以在管管相交的相貫線焊縫焊接過程中，簡單的一維曲線或者二維平面內的焊縫跟蹤難以滿足焊接要求，必須保證隨著焊縫的空間變化，能夠同時地調整各個傳感器的傳感方位，準確地提取焊縫信息，并能夠高效地將各個傳感數據進行融合，然后調整焊槍姿態，實現實時的焊縫跟蹤。

發明內容

為了更好地解決當前管管相交的相貫線焊縫焊接過程中傳感器監測不到位，不能及時反映焊縫及熔池信息，導致焊縫跟蹤失真的問題，本發明提出了一種穩定性好，跟蹤精度高的基于雙傳感式的管管相交相貫線焊縫跟蹤方法，其技術方案是：利用雙傳感式機構實現對焊縫和熔池信息的獲取，該雙傳感式機構由一個接觸式光電傳感器、一個紅外光學傳感器、兩個傳感器擺臂、兩個伺服電機b、c，兩塊伺服電機安裝板，兩個伺服驅動器和一個類球閥活動關節組成，在焊接過程中雙傳感式機構隨時調節兩個傳感器傳感頭的空間方位，實時完整準確地檢測焊縫和熔池信息，并提出一種混連型多傳感器數據融合的工作流程結構，由焊縫信息接收和處理器對焊縫和熔池數據信息進行高效的融合處理，得出焊縫偏差，通過轉換器得出準確的控制量，由雙傳感運動控制器控制焊槍俯仰角步進電機從而控制焊槍空間姿態，本方法是基于一種全狀態閉環反饋控制的相貫線焊縫跟蹤，可以顯著提高相貫線焊縫跟蹤的精度。

本發明所述的雙傳感式機構，其特征是：雙傳感式機構由一個接觸式光電傳感器、一個紅外光學傳感器、兩個傳感器擺臂、兩個伺服電機b、c，兩塊伺服電機安裝板，兩個伺服驅動器和一個類球閥活動關節組成，雙傳感式機構通過類球閥活動關節裝置套在在焊槍軸上，設計類球閥活動關節內部包括圓柱凸輪扇形擺盤機構和空間四桿機構，兩個機構的從動件分別與輸出軸①和輸出軸②固連，主動件部分與正反轉電機軸固連；在焊接過程中，將焊縫和熔池信息融合后得出的焊縫偏差信息通過數據傳輸口輸進電機驅動器，從而控制正反轉電機偏轉的角度，前后兩個傳感器均可通過類球閥活動關節裝置繞焊槍在空間一定角度范圍內旋轉，從而傳感器可隨時調節方位使得傳感頭能夠在過程中一直保持在良好的檢測位置，使接觸式光學傳感器和紅外光學傳感器總能夠分別檢測到全面準確的相貫線焊縫信息和熔池信息。

本發明所述的一種混連型多傳感器數據融合的工作流程結構，焊接過程中，將前置的接觸式光電傳感器不斷接收到的焊縫數據信息P₁與空間曲線理論方程P_o經預處理后進行對照，實行基于SVD分解原理的第一次數據融合，得到經過融合處理的焊縫信息P₃和接觸式光電傳感器的傳感頭偏移焊縫中心的偏移量P₂，P₂表示接觸式光電傳感器傳感頭需要調整的偏移量P₂(R,t)，其中R為空間旋轉矩陣，t為空間平移向量，同時后置的紅外光學傳感器接收到的關于熔池的信息P₄與P₃進行基于Bar-shalom融合算法的第二次數據融合，經過兩次的數據提取和融合，得出更加精確的焊縫偏差。