一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于焊接自動控制技術領域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器。
【背景技術】
[0002]在焊接自動控制技術領域，焊縫的自動跟蹤技術一直以來都是一個難點。從廣義上來說，就是焊槍在焊接的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動化和智能化的沿著焊縫軌跡運動并且在出現(xiàn)偏差的時候能夠及時調(diào)整回去?；诤附迎h(huán)境、焊接對象、焊接坡口形式等各方面的因素考慮，只有傳感器在結構上、靈敏度上、動態(tài)品質(zhì)因素上、抗干擾性能等方面都具有較好的表現(xiàn)才可以考慮用于焊接。
[0003]電容傳感器通過電容值的變化去觀察距離的變化，他不但原理簡單，而且結構也非常簡單，并且對偏差信號還具有很強的分辨能力，可以在高溫、高輻射、強振動等惡劣環(huán)境下工作。電容傳感器在工作的時候與工件是不接觸的，也就是所說的非接觸測量，這樣不但可以防止磨損，延長傳感器的工作壽命，也可以避免掉一部分接觸式干擾，獲得良好的輸出特性。這就是電容傳感器的獨特所在。電容傳感器對靠進的金屬或高導電的物體有非常靈敏的感應能力，除此之外，通過多極板結構，電容傳感技術結合高精度的數(shù)字信號輸出，或者結合提供絕對精度較低的模擬信號輸出的電路，其響應速度快，電路簡單，能夠精確測量待測傾角和線性位置，又由電容傳感器的可達性能好，結構相對簡單，穩(wěn)定性能好，抗干擾能力強等優(yōu)點而被廣泛的應用。
[0004]因此有必要提供一種技術手段以解決上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于提供一種成本低、結構簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好的旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下的技術方案來實現(xiàn)的:該旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，包括上端蓋、絕緣套、驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)編碼器、電磁場屏蔽層、電容基板、信號處理模塊；所述的旋轉(zhuǎn)編碼器在驅(qū)動電機的下方，驅(qū)動電機由電機支架支撐，并由螺釘固定在電機支架上;所述的電磁場屏蔽層設于旋轉(zhuǎn)編碼器的下方，電容基板的上方，且電磁場屏蔽層固定在絕緣套上，與電機軸相對轉(zhuǎn)動;所述的電容基板設于電磁場屏蔽層的下方，并通過絕緣套嵌套與電機軸上，與電機軸進行同步旋轉(zhuǎn);基板電路和旋轉(zhuǎn)編碼器電路經(jīng)由絕緣外殼連接于上端蓋。
[0007]更具體地說，所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器主要由激勵電極極板9、接收電極極板11、兩極板間的絕緣層10和絕緣層組成，電容基板采用圓盤形結構，其激勵電極采用單平面環(huán)形結構，接收電極采用半環(huán)形結構，接收電極和激勵電極之間由絕緣層隔開。電容基板通過絕緣套嵌套于電機軸上，與電機軸進行同步旋轉(zhuǎn)。
[0008]所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器的電容基板通過驅(qū)動電機帶動，進行往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)制信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態(tài)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理電路將電容傳感器采集到的焊縫位置信息進行轉(zhuǎn)換和處理，之后再將處理的信號輸送給驅(qū)動控制電路，進行十字滑架對焊槍相對于焊縫位置的糾偏調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)焊槍對焊縫的實時跟蹤。
[0009]所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器的旋轉(zhuǎn)編碼器的光耦固定在傳感器的絕緣套上，光柵與電機軸進行同步旋轉(zhuǎn)，當電機軸進行一百八十度往復旋轉(zhuǎn)時，電容傳感器每一時刻所采集的焊縫偏差信息都會對應一個旋轉(zhuǎn)編碼器此時旋轉(zhuǎn)的角度，通過信號處理模塊即可得到焊槍跟蹤方向與焊縫偏離方向之間的夾角，通過驅(qū)動控制電路控制十字滑塊進行偏差信息的補償，即可實現(xiàn)焊縫的跟蹤。
[0010]所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器的信息處理模塊包括信號放大電路、信號補償電路、信號整形電路、信號擬合電路以及濾波降噪電路。
[0011]所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器的機理特征是:利用環(huán)形電容基板上激勵電極與接收電極之間產(chǎn)生的邊緣效應作為焊接區(qū)域的檢測場，通過驅(qū)動電機的往復運轉(zhuǎn)，邊緣效應電場就會旋轉(zhuǎn)掃描焊縫區(qū)域，傳感器頭部與工件之間距離的變化能夠轉(zhuǎn)化為傳感器輸出電壓的變化，當傳感器掃描過焊縫位置時會輸出相應的電壓信號峰值，電壓信號峰值就是焊縫的中心位置，當傳感器相對焊縫的位置發(fā)生相對偏離時，就會輸出不同的電壓信號波形，因此可以通過電壓峰值信號的變化判斷焊縫中心的位置，傳感器對中焊縫時旋轉(zhuǎn)半周輸出的波形和傳感器左右偏離時旋轉(zhuǎn)半周輸出的波形會有明顯的區(qū)別。
[0012]所述的旋轉(zhuǎn)電容傳感器的特征是:當驅(qū)動電機帶動電容基板往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)制信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態(tài)，再將處理的信號輸送給驅(qū)動控制電路，進行十字滑架對焊槍相對于焊縫位置的糾偏調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)焊槍對焊縫的實時跟蹤。
【附圖說明】
[0013]圖1是旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器的結構示意圖。
[0014]圖2是旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器電容基板的平面紋路結構示意圖。
[0015]圖3是旋轉(zhuǎn)邊緣電容傳感器與工件的位姿關系示意圖和所對應的信號輸出狀態(tài)，其中，圖(a)是電容傳感器居中時的示意圖，圖(b)是電容傳感器右偏時的示意圖，圖(C)是電容傳感器左偏時的示意圖。
[0016]在圖2中，1、上端蓋，2、絕緣套，3、驅(qū)動電機，4、電機支座，5、旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵，6、旋轉(zhuǎn)編碼器的光耦，7、屏蔽層，8、絕緣套筒，9、激勵電極極板，10、絕緣層，11、接收電極極板。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0018]參見圖1，本發(fā)明實施例中，驅(qū)動電機由電機支座支撐，并由螺釘固定在電機支座上，電機帶動旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵進行同步旋轉(zhuǎn)，固定在絕緣套上的光耦進行電機轉(zhuǎn)速的測量，通過數(shù)據(jù)處理與處理模塊可獲得焊縫偏差與焊槍偏離的角度，通過控制系統(tǒng)控制驅(qū)動器進行焊縫偏差的糾正，屏蔽層固定在絕緣套上，設于電容基板的上方，通過屏蔽層除去外電場和磁場對電容基板的干擾，旋轉(zhuǎn)編碼器電路和電容基板電路經(jīng)由絕緣套外殼連接于上端蓋，信號處理模塊電路也是經(jīng)由絕緣套外殼連接于上端蓋。電容傳感器基板位于屏蔽層的下方，通過絕緣套嵌套于電機軸上，與電機軸進行同步旋轉(zhuǎn)，當驅(qū)動電機帶動電容基板往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)制信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀
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[0019]參見圖2，是旋轉(zhuǎn)電容傳感器電容基板的紋路形式，內(nèi)環(huán)為激勵電極，采用平面環(huán)形結構，外環(huán)為接收電極，采用半環(huán)形結構，激勵電極和接收電機之間有絕緣層隔開。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理模塊給激勵電極輸入正弦激勵信號，激勵電極和接收電極之間形成邊緣效應，當驅(qū)動電極帶動電容基板往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的焊縫坡口或者不同的焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)質(zhì)信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態(tài)。
[0020]參見圖3，是旋轉(zhuǎn)電容傳感器與焊接工件位置關系示意圖，其中，圖(a)是傳感器與焊縫對中時的示意圖以及電壓信號輸出變化圖，圖(b)是傳感器相對焊縫右偏時的位置示意圖以及電壓信號輸出變化圖，圖(C)是傳感器相對焊縫左偏時的位置示意圖以及電壓信號輸出變化圖。旋轉(zhuǎn)電容傳感器是利用傳感器輸出的電壓信號和傳感器與工件之間的距離變化的對應關系來反映出焊縫的位置變化的。在傳感器旋轉(zhuǎn)的過程中，邊緣效應場每旋轉(zhuǎn)到一個不同的角度都會有一個對應的電壓值與之對應。當傳感器對中焊縫時與傳感器相對焊縫有左右偏差時，傳感器輸出的電壓信號會有明顯的不同。如圖(a)，當傳感器對中焊縫時會輸出典型的正弦基波信號；如圖(b)，當傳感器相對焊縫右偏時，正弦波的波峰會有明顯的變寬，波谷會明顯的變窄，相對基波周期不變；如圖(C)所示，當傳感器相對焊縫左偏時，正弦波的波峰會有明顯的變窄，波谷會明顯的變寬。因此，可以根據(jù)電壓信號的波形可以直接判斷出焊縫是左偏還是右偏。通過信號處理模塊對電壓信號進行調(diào)制解調(diào)，將處理的信號輸送至驅(qū)動控制系統(tǒng)，通過十字滑塊的左右偏差的糾正即可實現(xiàn)焊縫的跟蹤。
[0021]針對焊縫自動跟蹤領域的問題，本文中提出的旋轉(zhuǎn)電容傳感器能應用于多種類型的焊縫坡口，結構簡單緊湊，焊接效率高，抗外界干擾能力強，跟蹤精度高，穩(wěn)定性好，成本低。
【主權項】
1.一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，其結構特征在于:它由上端蓋、絕緣套、驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)編碼器、電磁場屏蔽層、電容基板、信號處理模塊組成；當驅(qū)動電機帶動電容基板往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)制信號。2.根據(jù)權利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)編碼器設于驅(qū)動電機下方，電容基板位于編碼器下方，光柵和電容基板通過軸套安裝于電機軸上，隨電機軸同步旋轉(zhuǎn)，光耦由螺釘固定在絕緣套上。3.根據(jù)權利要求1、2所述的一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，其特征在于:所述的電容傳感器基板位于屏蔽層的下方，通過絕緣套嵌套于電機軸上，與電機軸進行同步旋轉(zhuǎn)，電容傳感器的激勵電極采用單平面環(huán)形結構，接收電極采用單平面半環(huán)形結構。4.根據(jù)權利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器的調(diào)制信號，其特征在于:所述的電容傳感器，對不同的坡口或者不同焊縫位置偏差進行旋轉(zhuǎn)掃描焊縫區(qū)域時，將產(chǎn)生不同諧波的正弦調(diào)制信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)邊緣電容焊縫跟蹤傳感器，應用于焊接自動化、機器人焊接、焊縫跟蹤領域。本發(fā)明的技術要點是：它由上端蓋、絕緣套、驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)編碼器、電磁場屏蔽層、電容基板、信號處理模塊組成。其特征在于當驅(qū)動電機帶動電容基板往復運轉(zhuǎn)時，針對不同的坡口或者不同焊縫偏差狀態(tài)時，將產(chǎn)生不同的調(diào)制信號，該信號通過傳感器內(nèi)部的信號處理模塊后，將信號進行解調(diào)，輸出坡口或者焊縫偏差所對應的信號狀態(tài)。本設計的優(yōu)點是此傳感器能應用于多種類型的焊縫坡口，結構簡單緊湊，焊接效率高，抗外界干擾能力強，跟蹤精度高，穩(wěn)定性好，成本低。
【IPC分類】B23K37/02, B23K37/00
【公開號】CN105665981
【申請?zhí)枴緾N201610245066
【發(fā)明人】李湘文, 李文強, 洪波, 龐爭林
【申請人】湘潭大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月19日