專利名稱：熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及焊接控制技術(shù)，特別是一種用于熔化極氣體保護(hù)焊的 焊縫自動跟蹤技術(shù)。
背景技術(shù)：
熔化極氣體保護(hù)焊以其高效、節(jié)能、操作簡單方便，在實(shí)際生產(chǎn)中得 到廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)成為手工電弧焊的替代工藝。實(shí)現(xiàn)焊接過程自動化 控制所要解決的主要問題是焊縫自動跟蹤。目前用于熔化極氣體保護(hù)焊的 焊縫跟蹤傳感器大多是機(jī)械式電弧傳感器和激光式傳感器，機(jī)械式電弧傳 感器利用電弧自身作為傳感器，實(shí)時性強(qiáng)，焊槍運(yùn)動的靈活性和可達(dá)性好， 制造成本低，但體積大、噪聲大、易磨損、控制精度不高。激光式傳感器 雖然控制精度比較高，但它的成本高，實(shí)時性差。
對磁控電弧的研究，主要集中在改善焊縫成形方面，現(xiàn)在也有用于焊 縫跟蹤的報道，但都是非熔化極焊接。對熔化極焊接，現(xiàn)有報道的方法是 采用一套雙滑塊結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)包括兩套十字滑塊，焊接系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)相 對獨(dú)立，前置的十字滑塊用磁控電弧傳感器作用于小電流的TIG焊來構(gòu)成 跟蹤系統(tǒng)，后面的由熔化極氣保焊構(gòu)成的接焊接系統(tǒng)按一定的時間差重復(fù) 前置的十字滑塊的動作，這樣來完成跟蹤。該系統(tǒng)的體積大、成本高，由 于控制系統(tǒng)存在一個延遲時間，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時性受到了很大影響。
對于熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤，目前尚未發(fā)現(xiàn)別 人開展過這方面的研究，重要原因是熔化極氣體保護(hù)焊的電弧較短、飛濺 大，用磁場控制電弧就出現(xiàn)了很多問題。但是要真正實(shí)現(xiàn)熔化極氣體保護(hù) 焊的磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤，必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時跟蹤。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種成本低、實(shí)時性好、靈敏度和精確度高、穩(wěn)定性好的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤控制裝置。
本實(shí)用新型主要是為了解決目前熔化極氣體保護(hù)焊焊縫自動跟蹤控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度低、實(shí)時性不好等問題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是它 包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統(tǒng)、焊縫跟蹤傳感器、控制系統(tǒng)、一 套十字滑架和輪式機(jī)器人組成的跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，焊縫跟蹤傳感器采用磁控 電弧傳感器并安裝熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，焊槍安裝在跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu) 上；控制系統(tǒng)包括信號采集與處理電路、控制器、驅(qū)動控制電路、顯示電 路；焊接電弧在磁控電弧傳感器的作用下運(yùn)動，掃描焊縫得到焊縫橫向與 高低偏差信息，經(jīng)信號處理電路后，送入微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字濾波和軟件處 理，運(yùn)算結(jié)果控制跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動跟蹤焊縫，完成自動化焊接。磁控電 弧傳感器安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，焊接點(diǎn)即為信號采集點(diǎn)。磁 控電弧傳感器包括勵磁電源、磁場發(fā)生裝置、霍爾傳感器，其掃描頻率和 掃描寬度均線性可調(diào)。磁控電弧傳感器的掃描頻率范圍為3HZ—15HZ。用 于熔化極氣體保護(hù)焊的氣體包括C02等。磁控電弧傳感器采用包括勵磁電 源、磁場發(fā)生裝置、霍爾傳感器構(gòu)成，所述磁場發(fā)生裝置安裝在熔化極氣 體保護(hù)悍的焊槍上，所述磁場發(fā)生裝置的一對磁極用耐高溫材料制作。所 述勵磁電源提供可產(chǎn)生的頻率和幅值可調(diào)的激勵電流和兩個與勵磁電流同 頻率的中斷脈沖信號。濾波電路采用2個串聯(lián)的巴特沃思低通濾波器進(jìn)行 硬件濾波。
本實(shí)用新型的有益效果是把磁控電弧傳感器用于熔化極氣體保護(hù)焊 焊縫自動跟蹤上，具有實(shí)時性好、控制精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，解決了目 前熔化極氣體保護(hù)焊焊縫自動跟蹤的一系列問題。通過實(shí)際焊接工藝試驗(yàn) 證明跟蹤效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的磁控電弧傳感器的磁場發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本實(shí)用新型的磁控電弧傳感器的勵磁電源結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本實(shí)用新型的濾波電路原理圖。 圖5是本實(shí)用新型的采樣區(qū)間示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1，本實(shí)用新型由磁控電弧傳感器、焊槍和焊接電源等組成的 焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。磁控電弧傳感器安裝在焊槍 上，焊槍安裝在跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。磁控電弧傳感器產(chǎn)生交變磁場，驅(qū)動熔 化極氣體保護(hù)焊焊電弧按一定的頻率和幅度擺動，從而掃描焊縫，得到焊 縫的信息，經(jīng)過濾波電路濾波放大后送入控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制系統(tǒng)實(shí) 時的對滑塊執(zhí)行結(jié)構(gòu)和焊接小車進(jìn)行調(diào)整，從而進(jìn)行焊縫跟蹤。該系統(tǒng)焊 接點(diǎn)即為偏差信號采集點(diǎn)，邊焊接邊跟蹤，實(shí)時性非常好。參閱圖l。
它主要是解決了目前熔化極氣體保護(hù)焊焊縫自動跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、成本高、性能不穩(wěn)定、控制精度低、實(shí)時性不好等問題。它通過把磁 控電弧技術(shù)應(yīng)用于熔化極氣體保護(hù)焊悍縫自動跟蹤，對焊接電弧施加交變 磁場，使焊接電弧按照一定的頻率掃描焊縫，從而獲得表征焊炬與焊縫相 對位置的特征參數(shù)，然后經(jīng)過相應(yīng)的信號處理后，送入微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字 濾波處理和相應(yīng)的程序運(yùn)算，控制跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行適時調(diào)整掃描焊炬， 使掃描焊炬與焊縫中心對準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。
因本實(shí)用新型中的磁控電弧傳感器是直接安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的 焊槍上，擺脫了兩套十字滑塊的結(jié)構(gòu)，焊接點(diǎn)即為信號采集點(diǎn)，不存在前 置和后置的問題，因此系統(tǒng)的實(shí)時性和穩(wěn)定性得到了很大的提高，又由于 磁場的擺動頻率和幅度能精確控制，跟蹤系統(tǒng)的控制精度有了進(jìn)一步的提 高。
實(shí)施例2，本實(shí)用新型磁控電弧傳感器包括由勵磁電源、磁場發(fā)生裝 置、霍爾傳感器等部件構(gòu)成，其中磁場發(fā)生裝置由于該裝置直接安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，焊接時溫度非常高，飛濺物特別多，該磁場發(fā) 生裝置的一對磁極用耐高溫材料制作，并且制作成可更換的形式。磁控電
弧磁場發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)參閱圖2。勵磁電源的作用是產(chǎn)生的頻率和幅值可調(diào) 的激勵電流和兩個與勵磁電流同頻率的中斷脈沖信號，中斷脈沖信號的作 用是確定采樣開始的位置，其勵磁電源結(jié)構(gòu)示意圖參閱圖3。焊接時，勵 磁線圈在勵磁電流的作用下，在兩個磁極之間產(chǎn)生交變的磁場，焊接電弧 在交變的磁場作用下按一定的規(guī)律擺動，從而掃描焊縫，用霍爾傳感器采 集焊接電流的變化規(guī)律就能得到焊縫的偏差信息。參閱圖2和3，其余同 實(shí)施例1。
實(shí)施例3，本實(shí)用新型濾波電路采用2個串聯(lián)的巴特沃思低通濾波器迸 行硬件濾波。由于在熔化極氣體保護(hù)焊中，弧長短，飛濺大，干擾因素多， 因此對采樣信號的處理顯得非常重要，因此在硬件上采用如圖4的2個串 聯(lián)的巴特沃思低通濾波器進(jìn)行硬件濾波。參閱圖4，其余同上述實(shí)施例。
實(shí)施例4，當(dāng)每個定位中斷脈沖到到來時系統(tǒng)開始采樣，為了抑制干 擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，用如下方法進(jìn)行處理設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為w,第/點(diǎn)的 采樣值為/(/)，在一個定位脈沖周期內(nèi)，如果1)，則/(/) = /("1). 式中，F(xiàn)l，2，…，n， yfe。為替換系數(shù)U。〉1)，可以通過調(diào)整該值獲取較好的濾 波和跟蹤效果。通過這樣的軟件濾波，能較好的剔除干擾信號。把采樣區(qū) 間的采樣值進(jìn)行求和，比較每次采樣值和的大小，就可判斷傳感器是否偏 離了焊縫，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊縫的精確跟蹤。參閱圖5,其余同上 述實(shí)施例。
權(quán)利要求1、一種熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤控制裝置，它包括由焊槍和焊接電源組成的焊接系統(tǒng)、焊縫跟蹤傳感器、控制系統(tǒng)、一套十字滑架和輪式機(jī)器人組成的跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征是焊縫跟蹤傳感器采用磁控電弧傳感器并安裝熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，焊槍安裝在跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上；控制系統(tǒng)包括信號采集與處理電路、控制器、驅(qū)動控制電路、顯示電路；焊接電弧在磁控電弧傳感器的作用下運(yùn)動，掃描焊縫得到焊縫橫向與高低偏差信息，經(jīng)信號處理電路后，送入微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字濾波和軟件處理，運(yùn)算結(jié)果控制跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動跟蹤焊縫，完成自動化焊接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤 控制裝置，其特征是磁控電弧傳感器安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，焊 接點(diǎn)即為信號采集點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時 跟蹤控制裝置，其特征是磁控電弧傳感器包括勵磁電源、磁場發(fā)生裝置、霍 爾傳感器，其掃描頻率和掃描寬度均線性可調(diào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤 控制裝置，其特征是磁控電弧傳感器的掃描頻率范圍為3HZ—15HZ。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時 跟蹤控制裝置，其特征是用于熔化極氣體保護(hù)焊的氣體包括C02。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤 控制裝置，其特征是磁控電弧傳感器采用包括勵磁電源、磁場發(fā)生裝置、霍 爾傳感器構(gòu)成，所述磁場發(fā)生裝置安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，所述磁 場發(fā)生裝置的一對磁極用耐高溫材料制作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤 控制裝置，其特征是所述勵磁電源提供可產(chǎn)生的頻率和幅值可調(diào)的激勵電流 和兩個與勵磁電流同頻率的中斷脈沖信號。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤 控制裝置，其特征是濾波電路采用2個串聯(lián)的巴特沃思低通濾波器進(jìn)行硬件 濾波。
專利摘要一種熔化極氣體保護(hù)焊磁控電弧傳感焊縫實(shí)時跟蹤控制裝置，它屬于一種焊接控制技術(shù)。它主要是解決現(xiàn)有熔化極氣體保護(hù)焊焊縫跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、性能不穩(wěn)定、實(shí)時性不好等問題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是它包括磁控電弧傳感器、由焊槍和焊接電源等組成的焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、一套十字滑架和輪式機(jī)器人等組成的跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)。磁控電弧傳感器直接裝在熔化極氣保焊的焊槍上，采集焊縫橫向與高低偏差信息，經(jīng)信號處理后，送入微機(jī)進(jìn)行軟件處理，實(shí)時控制跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊縫自動跟蹤。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了熔化極氣體保護(hù)焊的焊縫自動跟蹤。磁控電弧傳感器安裝在熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍上，無前置和后置問題，具有實(shí)時性好，成本低，穩(wěn)定性和精確性高的特點(diǎn)。
文檔編號B23K9/173GK201227711SQ20082005311
公開日2009年4月29日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者力 尹, 鑫 來, 波 洪, 洪宇翔, 魏復(fù)理 申請人:湘潭大學(xué)