[發(fā)明專利]基于電感陣列傳感器的焊槍位姿識別系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910017623.2
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109570859A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李湘文;揭光奇;張賢鋅;秦子濠;羅華
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于電感陣列傳感器的焊槍位姿識別系統(tǒng)，應(yīng)用于不同角度角焊縫焊接時(shí)焊槍位姿的識別及調(diào)整。該系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)是：該系統(tǒng)采用的裝置由電感陣列傳感器、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、偏差調(diào)節(jié)模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。信號采集模塊對電感陣列傳感器進(jìn)行感應(yīng)電流數(shù)據(jù)提取，電流信號由信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成距離信號，得到的距離信號再由三點(diǎn)歸一尋優(yōu)算法計(jì)算出工件角度以及焊槍在各方向上的距離及角度偏差等特征信號，偏差調(diào)節(jié)模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)特征信號對焊槍位姿進(jìn)行糾偏，從而實(shí)現(xiàn)焊槍位姿的識別及調(diào)整。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動化焊接領(lǐng)域，具體涉及一種基于電感陣列傳感器角焊縫焊槍位姿識別系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，在工程機(jī)械、海工裝備、軌道車輛等大型機(jī)械制造行業(yè)中，手工焊接已逐漸退出生產(chǎn)線，自動化焊接機(jī)器人、自動化焊接專機(jī)以及智能化焊接已經(jīng)成 為焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢，在焊接過程中自動化和智能化的發(fā)展研究具有深遠(yuǎn)意義。 在焊接的過程中，對于不同的工件和特殊的結(jié)構(gòu)要求，對于焊縫的角度也會有不 同的要求，在焊接不同角度的焊縫時(shí)焊槍相對于焊縫的角度就會發(fā)生變化，因此，焊接機(jī)器人和焊接專機(jī)如何識別焊槍位置姿態(tài)并進(jìn)行自動調(diào)節(jié)是智能化焊接、提 高焊接效率和焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一。焊槍的位姿始終處于焊縫的角平分線上 時(shí),其焊接質(zhì)量會達(dá)到最佳效果,因此跟隨焊縫角度的變化調(diào)節(jié)焊槍的位姿是其焊縫自動跟蹤控制的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有方法以及技術(shù)方面存在的不足，更好地推動焊接自動化、焊縫自動跟蹤技術(shù)的發(fā)展，針對目前不同角度角焊縫焊槍空間位姿難以識別，空間姿 態(tài)信息識別受限制等問題，本發(fā)明提出一種基于電感陣列傳感器角焊縫焊槍 位姿識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的裝置由電感陣列傳感器、信號采集模塊、數(shù)據(jù) 處理模塊、偏差調(diào)節(jié)模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電感陣列傳感器前置于焊槍，焊槍通過轉(zhuǎn)軸與十字滑架相連。信號采集模塊包括線圈陣列、放大器、信號轉(zhuǎn)換器。在電感線圈中加上交變電流，則可以在電感線圈周圍形成一個(gè)交變磁場，根據(jù)法拉利電磁感應(yīng)定律，會在工件上產(chǎn)生電渦流，根據(jù)楞茲定律，電渦流的磁場方向與電感線圈磁場正好相反，而這將改變電感線圈的阻抗值，進(jìn)而改變電感線圈中感應(yīng)電流的值，這個(gè)感應(yīng)電流的變化量與感應(yīng)線圈到工件的距離有關(guān)。將提取的電流信號經(jīng)放大器放大后輸入至信號轉(zhuǎn)換器中，信號轉(zhuǎn)換器可以獲得感應(yīng)電流的變化量，并以此為依據(jù)，輸出對應(yīng)的距離值。

該系統(tǒng)通過信號采集模塊對電感陣列傳感器進(jìn)行感應(yīng)電流數(shù)據(jù)提取，電流信號由信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成距離信號，得到的距離信號再由數(shù)據(jù)處理模塊分析出極板對工件的距離差值，再由三點(diǎn)歸一尋優(yōu)算法計(jì)算出工件角度以及焊槍在各方向上的距離及角度偏差（俯仰角、偏航角）等特征信號，將得到的特征信號輸入到偏差調(diào)節(jié)模塊，由偏差調(diào)節(jié)模塊發(fā)出糾偏指 令給執(zhí)行裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)糾偏指令對焊槍位姿進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)焊槍位姿的識別及調(diào)整。

本發(fā)明所述的電感陣列傳感器，其特征是：該電感陣列傳感器包括 2 塊規(guī)格參數(shù)完全相同的方形極板，每塊極板包括：9個(gè)完全相同的電感線圈、 屏蔽條、絕緣底板和保護(hù)罩，電感陣列傳感器采用分時(shí)測試的掃描方法，采用時(shí)序控制電路控制對電感線圈的交變電流的輸入，電 感線圈的檢測方式為絕對式檢測方式，電感線圈既是電感場的發(fā)生器，又是電感場的接收器；電感陣列傳感器的兩塊極板 A、B極板相互垂直，且 A、B兩極板獨(dú)立工作，互不干擾，其中每塊極板中的 9個(gè)電感線圈 記為 Aij，Biji，j=1，2，3。每個(gè)線圈依次進(jìn)行分時(shí)激勵(lì)和檢測，數(shù)據(jù)采集模塊采集每個(gè)電感線圈的電流信號，并由放大器放大輸入到信號轉(zhuǎn)換器中，由信號轉(zhuǎn)換器將電流信號轉(zhuǎn)換為距離信號，將得到 的信號保存起來并準(zhǔn)備輸入至下一模塊。在電感線圈其他因素不變的情況下， 電感線圈距工件表面距離不同，所產(chǎn)生的感應(yīng)電流會有所差異，根據(jù)采集到的不 同電流信號，通過數(shù)據(jù)處理模塊逆推出各個(gè)電感線圈距工件表面的距離，這樣，便可反映出焊縫坡口的形貌特征。