非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器和跟蹤方法
【專利摘要】一種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，由兩個(gè)微小型環(huán)狀金屬探測(cè)器、兩組特種同軸電纜、一個(gè)雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器、一臺(tái)具有雙通道高速信號(hào)處理能力的工控機(jī)組成，兩個(gè)環(huán)形金屬探測(cè)器呈同心套環(huán)方式構(gòu)筑，兩個(gè)探測(cè)器處于同一平面，兩個(gè)金屬探測(cè)器相互之間電氣絕緣和電容場(chǎng)隔離，內(nèi)環(huán)傳感器中心孔與加工刀具外徑配合。一種數(shù)控跟蹤方法，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器同時(shí)激勵(lì)和接受來自兩個(gè)環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容信號(hào)，并進(jìn)行高頻數(shù)字濾波、鎖相環(huán)精確信號(hào)同步、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理。雙通道高速信號(hào)處理的工控機(jī)讀入兩路電容變化信號(hào)后進(jìn)行信號(hào)處理并判斷當(dāng)前被測(cè)表面的變化及其幅度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了智能的高度和縫隙同時(shí)跟蹤。
【專利說明】非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器和跟蹤方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及自動(dòng)化設(shè)備中的工件輪廓仿形跟蹤技術(shù)，特別是一種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器。
[0002]【背景技術(shù)】:
在自動(dòng)化加工設(shè)備中，存在大量需要按照工件不規(guī)則輪廓進(jìn)行自動(dòng)加工的需求，比較常見的包括依照模版的仿形加工和示教加工、實(shí)時(shí)檢測(cè)材料表面的切割高度跟蹤、實(shí)時(shí)掃描拼縫并跟蹤的自動(dòng)焊縫跟蹤等等?，F(xiàn)有技術(shù)中，這些廣為采用的方法和手段存在很多弊端，仿形和示教費(fèi)時(shí)長效率低，激光焊縫跟蹤價(jià)格昂貴，電容高度跟蹤無法同時(shí)進(jìn)行焊縫跟蹤等。尤其在焊割行業(yè)，無法實(shí)現(xiàn)無需預(yù)處理的、高度和焊縫可以同時(shí)跟蹤的技術(shù)。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，所述的這種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器要解決現(xiàn)有技術(shù)中焊割加工預(yù)處理仿形效率低、實(shí)時(shí)仿形傳感技術(shù)男友普及、無法兼顧高度和縫隙的同時(shí)跟蹤的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明的這種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，包括一個(gè)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器、一個(gè)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器、一個(gè)雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器和一個(gè)工控機(jī)，其中，所述的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器的內(nèi)徑大于所述的第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的外徑，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器呈同心套環(huán)方式布置，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器之間電氣絕緣，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容場(chǎng)與第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容場(chǎng)相互隔離，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器位于同一平面內(nèi)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器通過一根第一低容性特種同軸電纜與所述的雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的信號(hào)輸入端連接，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器通過一根第二低容性特種同軸電纜也與雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的信號(hào)輸入端連接，雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的工控機(jī)連接，工控機(jī)中設(shè)置有雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊。
[0005]進(jìn)一步的，工控機(jī)與加工刀具的控制機(jī)構(gòu)連接。
[0006]進(jìn)一步的，第一低容性特種同軸電纜和第二低容性特種同軸電纜的長度均接近零。
[0007]進(jìn)一步的，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的內(nèi)徑與加工刀具的外徑配合。
[0008]進(jìn)一步的，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器均為微小型金屬探測(cè)器。
[0009]本發(fā)明還提供了一種利用上述數(shù)控跟蹤器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控跟蹤方法，其中，將第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器放置在待加工工件的上方或者下方，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器與待加工工件的表面之間設(shè)置有電容間隙，利用第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器與待加工工件的表面各自構(gòu)成一對(duì)電容正負(fù)極板，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器激勵(lì)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器各自產(chǎn)生電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器同時(shí)接受來自第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器對(duì)接受的電容信號(hào)進(jìn)行高頻數(shù)字濾波、鎖相環(huán)精確信號(hào)同步和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理，然后將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后的信號(hào)輸入工控機(jī)，利用工控機(jī)中的雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)兩路電容變化信號(hào)判斷當(dāng)前待加工工件表面的變化及其幅度，待加工工件表面的變化包括起伏、縫隙和邊緣。
[0010]進(jìn)一步的，利用工控機(jī)中的處理器對(duì)兩路電容變化信號(hào)進(jìn)行高速信號(hào)處理，并選擇按一個(gè)表面起伏跟蹤模式、或者一個(gè)縫隙跟蹤模式、或者一個(gè)邊緣跟蹤模式進(jìn)行處理，在所述的表面起伏跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化識(shí)別越過的縫隙，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的信號(hào)來修正待加工工件的表面起伏幅度的調(diào)節(jié)量，在所述的縫隙跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，同時(shí)根據(jù)縫隙偏移引起的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)微量緩變輔助判斷縫隙的走向，根據(jù)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器在同一時(shí)序上的微量信號(hào)動(dòng)態(tài)偏差派來決定縫隙跟蹤調(diào)節(jié)量和方向，在所述的邊緣跟蹤模式中，在第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器跌出邊緣然后回到邊緣的兩個(gè)時(shí)刻上，建立穩(wěn)定的信號(hào)差值參照以及邊緣方位特征，在隨后的邊緣跟蹤中按邊緣方位特征維持兩路信號(hào)差分值決定了邊緣跟蹤的調(diào)節(jié)量和方向，同時(shí)根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度。
[0011]本發(fā)明的工作原理是:第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器圍繞加工刀具且相互隔離，由于第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器尺寸和位置不同，因此可以對(duì)應(yīng)工件表面特征的不同區(qū)域產(chǎn)生不同幅度和變化率的電容信號(hào)，利用工控機(jī)中的處理器采用數(shù)字技術(shù)分析兩個(gè)信號(hào)在同一時(shí)間刻的這種復(fù)雜和細(xì)微的差別，從而判斷并且跟蹤工件特征中的表面起伏、縫隙位置以及邊緣位置。
[0012]具體的，當(dāng)在表面起伏跟蹤時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器以較大面積獲得刀具周圍起伏變化的平均信號(hào)，作為調(diào)節(jié)起伏的基本依據(jù)，當(dāng)越過以前加工的縫隙或隆起帶時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器可能會(huì)產(chǎn)生較為平緩的信號(hào)變化從而開始調(diào)整高度，但第二環(huán)狀金屬探測(cè)器面積較小，將會(huì)產(chǎn)生比較激烈的信號(hào)跳變，這個(gè)跳變信號(hào)結(jié)合外環(huán)的平緩變化，表明刀具正在越過一個(gè)縫隙或隆起帶，高度跟蹤不應(yīng)該變化或少變化，這個(gè)跳變信號(hào)應(yīng)該加權(quán)后修正外環(huán)信號(hào)的調(diào)節(jié)量。
[0013]進(jìn)一步的，當(dāng)縫隙跟蹤時(shí)，在刀具沿著編程的縫隙路徑運(yùn)動(dòng)中，實(shí)際拼縫的偏差可以同時(shí)被第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器感應(yīng)到，這會(huì)造成第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)平緩變化，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器較激烈變化。在一般情況下，在不少于連續(xù)兩步采樣內(nèi)環(huán)信號(hào)變化可判斷偏移方向和偏移量，但為抗干擾，外環(huán)信號(hào)同時(shí)為作為補(bǔ)充的方向判斷條件。同時(shí)外環(huán)信號(hào)還作為表面起伏跟蹤調(diào)節(jié)用。
[0014]進(jìn)一步的，當(dāng)邊緣跟蹤時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器在手動(dòng)或自動(dòng)尋邊中，兩個(gè)探測(cè)器在邊緣建立了一個(gè)幅度迥異的信號(hào)對(duì):第一環(huán)狀金屬探測(cè)器具有一半或以上面積在工件上方，信號(hào)較強(qiáng)，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器基本懸空在工件外，信號(hào)很弱。在邊緣跟蹤中，偏離邊緣的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致外環(huán)信號(hào)平緩減弱，內(nèi)環(huán)信號(hào)完全消失。接近邊緣的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致外環(huán)信號(hào)平緩增強(qiáng)，內(nèi)環(huán)信號(hào)驟然增強(qiáng)。由此跟蹤信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)幅度的靠近或離開邊緣信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制按照尋邊時(shí)獲得的邊緣特征決定對(duì)應(yīng)的軸運(yùn)動(dòng)量和方向，實(shí)現(xiàn)邊緣跟隨。
[0015]本發(fā)明和已有技術(shù)相對(duì)比，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明提出了全新的傳感器結(jié)構(gòu)，并提出了對(duì)應(yīng)傳感器新結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理算法和策略，利用數(shù)字化的強(qiáng)大能力，實(shí)現(xiàn)了智能的、具有廣泛適用性的高度和縫隙同時(shí)跟蹤。在功能、精度、速度、穩(wěn)定性、性價(jià)比等多個(gè)方面都取得了顯著成效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器的示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器的信號(hào)處理機(jī)制示意圖。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
如圖1所示，本發(fā)明的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，包括一個(gè)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器1、一個(gè)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2、一個(gè)雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5和一個(gè)工控機(jī)6，其中，所述的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I的內(nèi)徑大于所述的第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的外徑，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2呈同心套環(huán)方式布置，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2之間電氣絕緣，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I的電容場(chǎng)與第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的電容場(chǎng)相互隔離，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2位于同一平面內(nèi)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I通過一根第一低容性特種同軸電纜3與所述的雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5的信號(hào)輸入端連接，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2通過一根第二低容性特種同軸電纜4也與雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5的信號(hào)輸入端連接，雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的工控機(jī)6連接，工控機(jī)6中設(shè)置有雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊。
[0019]進(jìn)一步的，工控機(jī)6與加工刀具的控制機(jī)構(gòu)連接。
[0020]進(jìn)一步的，第一低容性特種同軸電纜3和第二低容性特種同軸電纜4的長度均接近零。
[0021]進(jìn)一步的，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的內(nèi)徑與加工刀具的外徑配合。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種利用上述數(shù)控跟蹤器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控跟蹤方法，其中，將第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2放置在待加工工件的上方或者下方，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2與待加工工件的表面之間設(shè)置有電容間隙，利用第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2與待加工工件的表面各自構(gòu)成一對(duì)電容正負(fù)極板，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5激勵(lì)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2各自產(chǎn)生電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5同時(shí)接受來自第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器5對(duì)接受的電容信號(hào)進(jìn)行高頻數(shù)字濾波、鎖相環(huán)精確信號(hào)同步和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理，然后將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后的信號(hào)輸入工控機(jī)6，利用工控機(jī)6中的雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)兩路電容變化信號(hào)判斷當(dāng)前待加工工件表面的變化及其幅度，待加工工件表面的變化包括起伏、縫隙和邊緣。
[0023]進(jìn)一步的，利用工控機(jī)6中的處理器對(duì)兩路電容變化信號(hào)進(jìn)行高速信號(hào)處理，并選擇按一個(gè)表面起伏跟蹤模式、或者一個(gè)縫隙跟蹤模式、或者一個(gè)邊緣跟蹤模式進(jìn)行處理，在所述的表面起伏跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2信號(hào)的變化識(shí)別越過的縫隙，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的信號(hào)來修正待加工工件的表面起伏幅度的調(diào)節(jié)量，在所述的縫隙跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，同時(shí)根據(jù)縫隙偏移引起的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I信號(hào)微量緩變輔助判斷縫隙的走向，根據(jù)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2在同一時(shí)序上的微量信號(hào)動(dòng)態(tài)偏差派來決定縫隙跟蹤調(diào)節(jié)量和方向，在所述的邊緣跟蹤模式中，在第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2跌出邊緣然后回到邊緣的兩個(gè)時(shí)刻上，建立穩(wěn)定的信號(hào)差值參照以及邊緣方位特征，在隨后的邊緣跟蹤中按邊緣方位特征維持兩路信號(hào)差分值決定了邊緣跟蹤的調(diào)節(jié)量和方向，同時(shí)根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度。
[0024]本實(shí)施例的工作原理是:第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2圍繞加工刀具且相互隔離，由于第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2尺寸和位置不同，因此可以對(duì)應(yīng)工件表面特征的不同區(qū)域產(chǎn)生不同幅度和變化率的電容信號(hào)，利用工控機(jī)6中的處理器采用數(shù)字技術(shù)分析兩個(gè)信號(hào)在同一時(shí)間刻的這種復(fù)雜和細(xì)微的差別，從而判斷并且跟蹤工件特征中的表面起伏、縫隙位置以及邊緣位置。
[0025]具體的，當(dāng)在表面起伏跟蹤時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I以較大面積獲得刀具周圍起伏變化的平均信號(hào)，作為調(diào)節(jié)起伏的基本依據(jù)，當(dāng)越過以前加工的縫隙或隆起帶時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I可能會(huì)產(chǎn)生較為平緩的信號(hào)變化從而開始調(diào)整高度，但第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2面積較小，將會(huì)產(chǎn)生比較激烈的信號(hào)跳變，這個(gè)跳變信號(hào)結(jié)合外環(huán)的平緩變化，表明刀具正在越過一個(gè)縫隙或隆起帶，高度跟蹤不應(yīng)該變化或少變化，這個(gè)跳變信號(hào)應(yīng)該加權(quán)后修正外環(huán)信號(hào)的調(diào)節(jié)量。
[0026]進(jìn)一步的，當(dāng)縫隙跟蹤時(shí)，在刀具沿著編程的縫隙路徑運(yùn)動(dòng)中，實(shí)際拼縫的偏差可以同時(shí)被第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2感應(yīng)到，這會(huì)造成第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I信號(hào)平緩變化，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2較激烈變化。在一般情況下，在不少于連續(xù)兩步采樣內(nèi)環(huán)信號(hào)變化可判斷偏移方向和偏移量，但為抗干擾，外環(huán)信號(hào)同時(shí)為作為補(bǔ)充的方向判斷條件。同時(shí)外環(huán)信號(hào)還作為表面起伏跟蹤調(diào)節(jié)用。
[0027]進(jìn)一步的，當(dāng)邊緣跟蹤時(shí)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2在手動(dòng)或自動(dòng)尋邊中，兩個(gè)探測(cè)器在邊緣建立了一個(gè)幅度迥異的信號(hào)對(duì):第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I具有一半或以上面積在工件上方，信號(hào)較強(qiáng)，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2基本懸空在工件外，信號(hào)很弱。在邊緣跟蹤中，偏離邊緣的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致外環(huán)信號(hào)平緩減弱，內(nèi)環(huán)信號(hào)完全消失。接近邊緣的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致外環(huán)信號(hào)平緩增強(qiáng)，內(nèi)環(huán)信號(hào)驟然增強(qiáng)。由此跟蹤信號(hào)處理系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)幅度的靠近或離開邊緣信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制按照尋邊時(shí)獲得的邊緣特征決定對(duì)應(yīng)的軸運(yùn)動(dòng)量和方向，實(shí)現(xiàn)邊緣跟隨。
[0028]進(jìn)一步的，工件表面的高低、縫隙或隆起等變化將影響與第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I或者第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2形成的電容空間，從而影響其電容量。第一環(huán)狀金屬探測(cè)器I和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器2的電容量的變化幅度和速度被第一低容性特種同軸電纜3和第二低容性特種同軸電纜4分別傳送到雙通道電子激勵(lì)和解調(diào)線路5。由于電容量信號(hào)非常微弱，其傳輸必須保證不被線間電容淹沒和干擾，所以第一低容性特種同軸電纜3和第二低容性特種同軸電纜4必須采用很短的超低容性特種同軸電纜。電容信號(hào)被送到電子激勵(lì)和解調(diào)線路5的兩個(gè)通道，兩路電容信號(hào)分別進(jìn)行高頻濾波、鎖相環(huán)精密同步處理，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。然后兩路電容信號(hào)的數(shù)字量通過數(shù)據(jù)線7被送入工控機(jī)6中的雙通道信號(hào)處理數(shù)控系統(tǒng)，通過對(duì)兩路信號(hào)綜合對(duì)比、分析和處理，計(jì)算出工件表面起伏跟蹤的調(diào)節(jié)量和調(diào)節(jié)速率、縫隙和邊緣跟蹤的調(diào)節(jié)量和調(diào)節(jié)速率，這些數(shù)據(jù)被送到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跟蹤的實(shí)際動(dòng)作。
進(jìn)一步的，在工控機(jī)6中的雙通道信號(hào)處理數(shù)控系統(tǒng)中，兩路電容量變化的數(shù)字量分別進(jìn)入各自的數(shù)據(jù)采集通道8，并作為原始數(shù)據(jù)保存在一個(gè)按時(shí)序隊(duì)列的內(nèi)存緩沖區(qū)中。
[0029]進(jìn)一步的，按照當(dāng)前操作人員設(shè)定的跟蹤模式，讀入的信號(hào)分別進(jìn)入高度跟蹤處理器9，或縫隙跟蹤處理器10，或邊緣跟蹤處理器11。在高度跟蹤處理器9中，外環(huán)探測(cè)器以較大面積獲得刀具周圍起伏變化的平均信號(hào)，作為調(diào)節(jié)起伏的基本依據(jù)，內(nèi)環(huán)小面積探測(cè)器對(duì)縫隙或隆起產(chǎn)生的比較激烈的信號(hào)跳變，將會(huì)加權(quán)后修正外環(huán)信號(hào)的調(diào)節(jié)量。在縫隙跟蹤處理器10中，實(shí)際拼縫的偏差可以同時(shí)被外環(huán)內(nèi)環(huán)探測(cè)器感應(yīng)到，內(nèi)環(huán)信號(hào)通過數(shù)步變化可判斷偏移方向和偏移量，外環(huán)信號(hào)同時(shí)為作為補(bǔ)充的方向判斷條件。同時(shí)外環(huán)信號(hào)還作為表面起伏跟蹤調(diào)節(jié)用。在邊緣跟蹤處理器11中，外環(huán)和內(nèi)環(huán)兩個(gè)探測(cè)器在邊緣建立了一個(gè)幅度迥異的信號(hào)對(duì)，按照這對(duì)信號(hào)強(qiáng)弱變化幅度和速率，該處理器產(chǎn)生相應(yīng)幅度的靠近或離開邊緣信號(hào)。
[0030]進(jìn)一步的，在高度跟蹤處理器9，或縫隙跟蹤處理器10，或邊緣跟蹤處理器11經(jīng)過對(duì)比、分析和處理產(chǎn)生調(diào)節(jié)量后，這些調(diào)節(jié)量被送入運(yùn)動(dòng)控制接口 12，結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的編程路徑或運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)，刀具運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)就可以控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做相應(yīng)的精密跟蹤跟隨動(dòng)作。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，包括一個(gè)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器、一個(gè)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器、一個(gè)雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器和一個(gè)工控機(jī)，其特征在于:所述的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器的內(nèi)徑大于所述的第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的外徑，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器呈同心套環(huán)方式布置，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器之間電氣絕緣，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容場(chǎng)與第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容場(chǎng)相互隔離，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器位于同一平面內(nèi)，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器通過一根第一低容性特種同軸電纜與所述的雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的信號(hào)輸入端連接，第二環(huán)狀金屬探測(cè)器通過一根第二低容性特種同軸電纜也與雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的信號(hào)輸入端連接，雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器的輸出端通過數(shù)據(jù)線與所述的工控機(jī)連接，工控機(jī)中設(shè)置有雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，其特征在于:工控機(jī)與加工刀具的控制機(jī)構(gòu)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，其特征在于:第一低容性特種同軸電纜和第二低容性特種同軸電纜的長度均接近零。
4.如權(quán)利要求1所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，其特征在于:第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的內(nèi)徑與加工刀具的外徑配合。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器實(shí)現(xiàn)的數(shù)控跟蹤方法，其特征在于:將第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器放置在待加工工件的上方或者下方，第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器與待加工工件的表面之間設(shè)置有電容間隙，利用第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器與待加工工件的表面各自構(gòu)成一對(duì)電容正負(fù)極板，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器激勵(lì)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器各自產(chǎn)生電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器同時(shí)接受來自第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的電容信號(hào)，利用雙通道微弱信號(hào)電子激勵(lì)和解調(diào)器對(duì)接受的電容信號(hào)進(jìn)行高頻數(shù)字濾波、鎖相環(huán)精確信號(hào)同步和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理，然后將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后的信號(hào)輸入工控機(jī)，利用工控機(jī)中的雙通道信號(hào)處理數(shù)控模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)兩路電容變化信號(hào)判斷當(dāng)前待加工工件表面的變化及其幅度，待加工工件表面的變化包括起伏、縫隙和邊緣。
6.如權(quán)利要求5所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤方法，其特征在于:利用工控機(jī)中的處理器對(duì)兩路電容變化信號(hào)進(jìn)行高速信號(hào)處理，并選擇按一個(gè)表面起伏跟蹤模式、或者一個(gè)縫隙跟蹤模式、或者一個(gè)邊緣跟蹤模式進(jìn)行處理，在所述的表面起伏跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化識(shí)別越過的縫隙，利用第二環(huán)狀金屬探測(cè)器的信號(hào)來修正待加工工件的表面起伏幅度的調(diào)節(jié)量，在所述的縫隙跟蹤模式中，根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度，同時(shí)根據(jù)縫隙偏移引起的第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)微量緩變輔助判斷縫隙的走向，根據(jù)第二環(huán)狀金屬探測(cè)器在同一時(shí)序上的微量信號(hào)動(dòng)態(tài)偏差派來決定縫隙跟蹤調(diào)節(jié)量和方向，在所述的邊緣跟蹤模式中，在第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器跌出邊緣然后回到邊緣的兩個(gè)時(shí)刻上，建立穩(wěn)定的信號(hào)差值參照以及邊緣方位特征，在隨后的邊緣跟蹤中按邊緣方位特征維持兩路信號(hào)差分值決定了邊緣跟蹤的調(diào)節(jié)量和方向，同時(shí)根據(jù)第一環(huán)狀金屬探測(cè)器信號(hào)的變化判斷待加工工件的表面起伏幅度。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸式金屬縫隙及表面的數(shù)控跟蹤器，其特征在于:第一環(huán)狀金屬探測(cè)器和第二環(huán)狀金屬探測(cè)器均為微小型金屬探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】G05B19/425GK104181907SQ201410407215
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】王如岡 申請(qǐng)人:如岡自動(dòng)化控制技術(shù)(上海)有限公司