[發明專利]一種采用雙MEMS磁場強度傳感器的磁控電弧焊縫跟蹤傳感裝置

在審

• 申請號: 202210059534.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114393279A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 洪波;歐亞鵬;伍潤保;劉涌;李夢龍
• 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

本發明公開一種采用雙MEMS磁場強度傳感器的磁控電弧焊縫跟蹤傳感裝置。該傳感裝置包括實時MEMS磁場強度傳感器檢測系統、雙MEMS數據處理系統、液壓?音圈電機耦合調節系統、磁控電弧傳感器、焊接系統等部分。磁感線圈纏繞在套筒上，激勵電源使磁感線圈產生磁場，通過裝載在焊槍上的兩個同一高度但在焊槍軸線兩側的MEMS磁場強度傳感器所測得的磁場強度進行判斷，沿焊縫方向前后各一個，并且不會有垂直于焊縫方向的偏差，通過液壓?音圈電機耦合調節系統，使兩側磁極以焊槍對中，保證焊槍中部位于磁場軸線上。改變電流方向從而改變磁場方向，使得電弧在洛倫茲力的牽引下掃描焊縫，經電弧傳感器提取電弧信息，再通過焊縫跟蹤實時調節機構判斷焊縫跟蹤偏差，進而調節焊接路徑和焊接參數，實施對焊縫的自動跟蹤。

技術領域

本文涉及焊接自動化技術領域，發明了一種利用MEMS傳感器作為反饋量來實施磁控電弧傳感器磁場對中，保證焊槍軸線位于磁場中心。具體的說，是一種利用雙MEMS磁場強度傳感器輔助磁控電弧傳感器的焊縫跟蹤傳感系統。

技術背景

磁控電弧技術是依據電磁感應原理，產生外加磁場對焊接過程進行控制。目前，國內外學者對磁控焊接技術進行了大量研究。在不同工藝中施加不同類型的磁場，達到提高焊縫質量的目的。磁控焊接技術正逐步往智能化、自動化、高效化等方向發展。

陳樹軍等研制了一種旋轉磁場發生裝置。這種裝置通過改變勵磁線圈的勵磁轉換頻率和勵磁電流大小來調節磁場的旋轉頻率和磁場強度，產生一個轉速和場強連續可調的空間旋轉磁場，并利用此旋轉磁場來控制焊接電弧。這種裝置能方便的通過參數調節改變磁場，但不方便改變勵磁線圈位置和磁場位置。液壓裝置具有推力大、無極調節等特點，而音圈電機具有精度高、推力小、響應快等特點。兩者結合能有效利用兩者各自的優點，達到快速、準確控制勵磁線圈位置和磁場位置。

磁場是通過電弧在磁場中受到洛倫茲力來影響焊接過程。磁控焊接技術往焊接自動化、智能化等方向發展，就需考慮如，如何控制好磁場，使其滿足焊接的需求。微機電系統(MEMS)具有體積小、質量輕、成本小等多種優點，廣泛應用于高精尖領域。目前將MEMS傳感器與焊接自動化相結合的，有基于MEMS傳感器的擺動電弧空間焊縫跟蹤方法(申請號201610312379.9)中利用陀螺儀和加速度計進行焊槍空間姿態的識別。但其通過焊槍擺動來使電弧擺動，與本文通過磁場使電弧擺動有本質區別。其并未將MEMS磁場強度傳感器應用于磁控電弧傳感器上，也并未有相應調節算法和調節機構。采用雙MEMS磁場強度傳感器，能有效測出兩個磁極產生的磁場強度在兩個磁極磁場強度差值，便于液壓-音圈電機耦合調節系統通過相應算法調節磁極。如何使磁控電弧傳感器兩側磁場自動化對稱分布還是一個亟待解決的問題，更沒有將MEMS磁場強度傳感器用于自動化磁場對中上，并且做到精確、快速實現磁場對中。本發明將MEMS磁場強度傳感器、磁控電弧傳感器和液壓-音圈電機耦合調節系統結合，拓展了磁控電弧焊縫跟蹤傳感器的應用，彌補了磁場對中這一空白，為進一步調節磁極高度和磁極端部角度提供基礎。

發明內容

針對現有的焊接技術中磁控電弧裝置自動化的問題，本發明提出一種采用雙MEMS磁場強度傳感器的磁控電弧焊縫跟蹤傳感裝置。使其產生的磁場以焊槍軸線對稱的方法，并且還可調節磁極位置，改變磁場位置，通過改變磁感線圈的電流方向，改變磁場方向，使電弧擺動掃描焊縫。

本發明的目的是通過以下技術方案實現：參考附圖1、2，該裝置包括雙MEMS磁場強度傳感器、液壓-音圈電機耦合調節系統、雙MEMS數據處理系統、勵磁線圈、鐵芯、焊接系統等部分組成。磁場激勵電源向兩個磁感線圈輸出特定的直流產生磁場，兩個磁極上的磁感線圈通電電流方向不同，從而在焊接空間產生閉合的磁場線。并且由于磁感線圈纏繞在硅套筒上，可以起到聚磁的作用，使得擺動的角度更大。然后雙MEMS磁場強度傳感器實時檢測磁場強度送往雙MEMS數據處理系統，對處理后的數據作出判斷，將判斷結果及調節速度反饋到液壓-音圈電機耦合調節系統，液壓-音圈電機耦合調節系統根據得到的數據結果對兩側磁極進行調整，實現兩側磁極以焊槍軸線對稱，使磁場分布也以焊槍軸線對稱，并實現快速、精確調節的目的。