一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括檢測電路安裝平臺、若干檢測電路和模擬焊槍的永磁鐵；所述若干檢測電路結構相同，均包括并聯(lián)在直流電源兩端的電容C、第一線性霍爾傳感器H1和第二線性霍爾傳感器H2；其中，第一線性霍爾傳感器H1和第二線性霍爾傳感器H2上下重疊且以相反方向連接電源；所述若干檢測電路安裝于檢測電路安裝平臺上，且排布成兩排，兩排檢測電路錯位排布，任一排上的非邊緣的檢測電路與另一排檢測電路中兩個相鄰的檢測電路構成一個等邊三角形。本發(fā)明提出了霍爾傳感器電路的三角形陣列排布方案，能夠實時檢測永磁體在模擬焊接區(qū)域的運動軌跡，并在軟件界面中實時繪制軌跡曲線。
【專利說明】一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)及方法 【【技術領域】】
[0001] 本發(fā)明屬于可視化焊接模擬仿真領域，涉及一種焊接空間位置檢測系統(tǒng)及方法。 【【背景技術】】
[0002] 隨著國民經濟高速發(fā)展，焊接作為現(xiàn)代工業(yè)的一項重要工種，在國民生產中扮演 著越來越重要的角色。作為焊接生產的主要實施者，焊接技術人員的素質也需要不斷的提 高以適應復雜的焊接環(huán)境和多種多樣焊接材料等因素的變化。焊接培訓是專門培訓和輸送 焊接技術人才的重要手段。焊接培訓部門不僅擔負著為企業(yè)及生產部門培訓和輸送焊接人 才的重要任務，而且也是宣傳、推廣、傳播焊接新技術、新工藝、新材料的重要樞紐，對促進 機械工業(yè)基礎工作的建設和發(fā)展有不可忽視的作用[1]。
[0003] 目前焊工培訓仍然采用傳統(tǒng)的實際施焊為主的培訓方法，材料和能源消耗大，培 訓費用高。而當今世界能源價格不斷飛漲，帶動了一系列后續(xù)工業(yè)原材料及產品價格上浮， 這無疑會增加焊接培訓成本。而大量的能源消耗也會間接給我們賴以生存的自然環(huán)境增加 更重的負擔。
[0004] 采用虛擬手段與現(xiàn)實焊接技術相結合的可視化模擬仿真系統(tǒng)進行焊工培訓，利用 先進的計算機技術改造傳統(tǒng)的焊接培訓方式，能夠極大的減小材料消耗，降低培訓費用，是 一種綠色、高效、環(huán)保的焊工培訓方法，是時代發(fā)展的需要。 【
【發(fā)明內容】
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[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)及方法， 通過永磁體產生磁場強度信號，磁傳感器陣列米集磁場強度，輸出電壓信號，計算永磁體在 空間坐標，實現(xiàn)焊接空間位置平面直線與圓柱面上環(huán)向位置檢測，為可視化焊接模擬仿真 系統(tǒng)提供技術支持。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] -種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，包括檢測電路安裝平臺、若干 檢測電路和模擬焊槍的永磁鐵；所述若干檢測電路結構相同，均包括并聯(lián)在直流電源兩端 的電容C、第一線性霍爾傳感器Hl和第二線性霍爾傳感器H2 ;其中，第一線性霍爾傳感器 Hl和第二線性霍爾傳感器H2上下重疊且以相反方向連接電源；所述若干檢測電路安裝于 檢測電路安裝平臺上，且排布成兩排，兩排檢測電路錯位排布，任一排上的非邊緣的檢測電 路與另一排檢測電路中兩個相鄰的檢測電路構成一個等邊三角形。
[0008] 優(yōu)選的，第一線性霍爾傳感器Hl和第二線性霍爾傳感器H2采用A1321線性霍爾 傳感器。
[0009] 優(yōu)選的，所述若干檢測電路均連接采集卡，所述采集卡連接PC機。
[0010] 優(yōu)選的，所述等邊三角形的邊長為IOmm至35mm。 toon] 優(yōu)選的，所述檢測電路安裝平臺為黃蠟板，檢測電路安裝平臺上方還布置有玻璃 平板作為永磁鐵工作時的運行平面。
[0012] 優(yōu)選的，檢測區(qū)域中永磁鐵所在位置0距各組檢測電路的距離根據各組檢測電路 輸出的電壓值由公式3計算得到：
[0013]
【權利要求】
1. 一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測電路安裝 平臺、若干檢測電路和模擬焊槍的永磁鐵； 所述若干檢測電路結構相同，均包括并聯(lián)在直流電源兩端的電容C、第一線性霍爾傳感 器Hl和第二線性霍爾傳感器H2 ;其中，第一線性霍爾傳感器Hl和第二線性霍爾傳感器H2 上下重疊且以相反方向連接電源； 所述若干檢測電路安裝于檢測電路安裝平臺上，且排布成平行的兩排，兩排檢測電路 錯位排布，任一排上的非邊緣的檢測電路與另一排檢測電路中兩個相鄰的檢測電路構成一 個等邊三角形。
2. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，第一線性霍爾傳感器Hl和第二線性霍爾傳感器H2采用A1321線性霍爾傳感器。
3. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，所述若干檢測電路均連接采集卡，所述采集卡連接PC機。
4. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，所述等邊三角形的邊長為IOmm至35mm。
5. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，所述檢測電路安裝平臺為黃蠟板，檢測電路安裝平臺上方還布置有玻璃平板作為永磁 鐵工作時的運行平面。
6. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，檢測區(qū)域中永磁鐵所在位置O距各組檢測電路的距離根據各組檢測電路輸出的電壓值 由公式3計算得到：
式中：U為檢測電路中兩個線性霍爾傳感器差動輸出電壓；L為永磁體距檢測電路投影 點距離；為擬合所得到的Guassian函數中的常量； U = U0+A*exp (-〇· 5* ((L-Lc) /w)2。
7. 根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，其特征在 于，所述檢測電路安裝平臺為平板或圓柱體。
8. -種基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測方法，其特征在于，基于權利要求1至7 中任一項所述的基于磁傳感器陣列的焊接空間位置檢測系統(tǒng)，包括： 永磁體產生磁場強度信號并在兩排檢測電路之間的檢測區(qū)域滑動以模擬焊接，采集卡 實時采集各檢測電路輸出的電壓信號并傳送給計算機；計算機根據公式3計算永磁體所在 On點離各個檢測電路的距離L ;若On點距離第η個檢測電路的距離Ln和On點距離第n+2個 檢測電路的距離L n+2均小于R，則被檢測永磁體處于第n、n+l和n+2個檢測電路所組成的等 邊三角形中；On點距離第n+1個檢測電路的距離L n+1 ;Ln+1所對應檢測電路與1^和Ln+2所對 應的兩個檢測電路處于不同排，1^和L n+2所對應的兩個檢測電路同排且相鄰，Ln+1所對應檢 測電路位于Ln和L n+2所對應的兩個檢測電路之間； U = U0+A*exp (-〇· 5* ((L-Lc) /w)2 (公式 2)
式中：U為檢測電路中兩個線性霍爾傳感器差動輸出電壓；L為永磁體距檢測電路投影 點距離；為擬合所得到的Guassian函數中的常量； 如果檢測電路安裝平臺為平板，當Ln所對應檢測電路為上排檢測電路時，On點的坐標 由公式7、公式8、公式9計算可得；當Ln所對應檢測電路為下排檢測電路時，On點的坐標由 公式10、公式11、公式12計算可得； 〇n(x) = Q+R · (n+l)/2+n · Ln · cos α (公式 7) On (y) = E-P-Ln · sin α (公式 8)
式中：0η(χ)和On(y)為On點的橫縱坐標，α為On點與上排檢測電路的連線之間的夾 角；Q代表邊緣檢測電路距離檢測電路安裝平臺邊緣的距離，R表示等邊三角形的邊長；E表 示檢測電路安裝平臺的寬度；P表示上排檢測電路距離檢測電路安裝平臺上邊緣的距離； ΑηΑη+2表示Ln和Ln+2所對應的兩個檢測電路之間的距離；0 ηΑη+2表示On點和Ln+2所對應的檢 測電路之間的距離； 0n(x) = Q+R/2+R · n/2+n · Ln · cos α (公式 10) 〇n (y) = P+Ln * Sin α (公式 11)
式中：α為On點下排檢測電路的連線之間的夾角；P表示下排檢測電路距離檢測電路 安裝平臺下邊緣的距離；ΒηΒη+2表示L1^PLnt2所對應的兩個檢測電路之間的距離；0 ηΒη+2表示 On點和Ln+2所對應的檢測電路之間的距離； 如果檢測電路安裝平臺為圓柱體，當Ln所對應檢測電路為上排檢測電路時，On點的圓 柱坐標由公式13、公式14、公式15、公式16計算可得；當Ln所對應檢測電路為下排檢測電 路時，O n點的坐標由公式13、公式17、公式18、公式19計算可得； On(P)=R (公式 13) 0η{φ) = (R (η + 1) / 2 + η Ln cos a) / R (公式 14) 0n(z) = M-N-Ln · sin α (公式 15)
式中：R為圓柱體半徑，M為圓柱體高度，N為上排檢測電路距離圓柱體上邊緣的距離； α為0"點與上排檢測電路的連線之間的夾角；0η(Ρ)、0η(Φ)和On(Z)分別表示圓柱坐標 系中的半徑、偏角和沿軸方向長度； 〇η(φ) = (R / 2 + R η / 2 + η Ln cosa) / R (公式 17) 0n(z) = N+Ln · sin α (公式 18)
式中：N為下排檢測電路距離圓柱體下邊緣的距離；α為On點與下排檢測電路的連線 之間的夾角。
【文檔編號】G09B25/02GK104390579SQ201410659271
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】張建勛, 李喆, 楊龍, 連文亞, 易子程 申請人:西安交通大學