一种基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法
【专利摘要】一种基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法，它属于它主要是解决目前轮式移动焊接机器人用于弯曲焊缝跟踪缺乏系统完善的分析方法，难以建立精确的数学模型与控制模型等技术问题。其技术方案要点是：旋转电弧传感器控制电弧在焊缝坡口上旋转扫描，由霍尔传感器提取坡口特征信息，经数据采集卡采集处理和小波实时在线递推降噪后，获得实时的焊缝偏差矢量信息e，（k+1），与采用最小二乘方法获得的偏差预测值e，，（k+1）对比，优化后获得最佳焊缝偏差值e（k+1），根据该值和偏差绝对值的变化速率严格按照动态焊缝切线法控制模型，驱动焊接小车与十字滑块，确保焊炬始终以一定速率沿大曲率弯曲焊缝中心线的切向运动实现焊缝的自动跟踪。它主要是用于大曲率弯曲焊缝实现自动跟踪。
【专利说明】一种基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电弧传感的轮式移动机器人的焊缝自动跟踪领域，特别是一种基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法。
【背景技术】
[0002]目前，焊缝跟踪在焊接自动化领域是一个很重要的研究领域，在大型舰船舱体、甲板、船身、大型球罐的焊接中存在大量弯曲焊缝，实现对这些弯曲焊缝的自动跟踪，并且尽量保持焊接速度恒定是保证焊接效率与焊缝质量的必要条件，轮式移动焊接机器人具有机构简单、适应性强、灵活性高等特点，因此，将轮式移动焊接机器人用于弯曲焊缝跟踪已成为焊接自动化领域的一个重要研究方向。
[0003]电弧传感轮式机器人是利用电弧本身作为传感器的非完整约束机构，它允许机器人的某些关节无驱动，可以大大降低机器人的制造成本、重量和能耗，提高了机器的灵活性，但目前还缺乏系统完善的分析方法，难以建立精确的数学模型与控制模型。
[0004]动态焊缝切线法通过在线小波降噪处理，实时提取焊缝偏差信息，然后结合轮式移动焊接机器人焊缝切线法模型实现了大曲率弯曲焊缝的跟踪。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，采用最小二乘法曲线拟合获得预测偏差e”(k)，经实际焊缝偏差值e’ (k+Ι)实时修正，获得最佳焊缝偏差值e(k)，根据该值和偏差绝对值的变化速率结合已建立的轮式移动式焊接机器人焊缝切线法模型，控制滑块与焊接小车的运动，确保焊枪始终沿着焊缝切向以相同速率运动，为大曲率弯曲焊缝实现自动跟踪提供基础。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:旋转电弧传感器控制电弧在焊缝坡口上旋转扫描，由霍尔电流传感器提取反映坡口扫描信息的焊接电流信号，经数据采集卡将焊接电流信号转化为数字信号，对该数字信号进行实时小波在线递推降噪处理后，由其计算获取焊缝偏差矢量e’ (k+1)，并与e (k-2)，e (k_l)，e (k)采用最小二乘方法获得的偏差预测值e” (k+Ι)进行对比分析，优化后获得最佳焊缝偏差值e(k+l)，根据该值和偏差绝对值的变化速率，严格按照焊缝切线法控制模型，协调驱动焊接小车与十字滑块，确保焊炬始终以一定速率沿大曲率弯曲焊缝中心线的切向运动实现焊缝的自动跟踪。
[0007]所述实时小波在线递推降噪过程具体是:滑动窗口动态截取2的整数次幂的反映焊缝坡口特征的数据，选择Daubechies小波基进行正交小波变化，采样快速离算小波变换算法对该数据进行J层小波分解，然后利用非线性小波变换阈值降噪法进行降噪处理，小波分解系数通过软硬阈值折中法进行阈值处理后，并通过Mallat快速小波变换算法对坡口特征信号进行重构，小波降噪后，输出离滑动窗口边界距离为I的那个数据，完成焊缝坡口跟踪信号的准实时降噪。
[0008]所述动态焊缝切线法具体是:实时获得最佳焊缝偏差值，当横向滑块移动的距离d超过设定的阈值U(横向滑块中心为参考点)时，如果焊缝偏差的符号与上一周期的偏差符号相反且(|e(k+l) -1e(k) |)/(T)小于设定的阈值b(与前述U是否区别)，则横向滑块向其中心方向移动，小车直行；如果焊缝偏差的符号与上一周期的偏差符号相同或(I e (k+1) 1-1 e (k) I) / (T)大于或等于设定阈值b时，按定步长方式调整焊接小车与滑块，其运动学模型推导如下:
[0009]由图2，设焊炬起始坐标点为(0，O)，根据调节原理与几何关系，可得
【权利要求】
1.一种基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法，其特征是:旋转电弧传感器控制电弧在焊缝坡口上旋转扫描，由霍尔传感器提取坡口特征信息，经数据采集卡采集处理和小波实时在线递推降噪后，获得实时的焊缝偏差矢量信息e’(k+l)，与采用最小二乘方法获得的偏差预测值e’’(k+l)对比，优化后获得最佳焊缝偏差值e (k+Ι)，根据该值和偏差绝对值的变化速率严格按照动态焊缝切线法控制模型，驱动焊接小车与十字滑块，确保焊炬始终以一定速率沿大曲率弯曲焊缝中心线的切向运动实现焊缝的自动跟踪。
2.根据权利要求1所述基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法，其特征是:所述的小波实时在线递推降噪是指滑动窗口动态截取2的整数次幂的反映焊缝坡口特征的数据，选择Daubechies小波基进行正交小波变化，采样快速离算小波变换算法对该数据进行J层小波分解完成计算，然后利用非线性小波变换阈值降噪法进行降噪处理，小波分解系数通过软硬阈值折中法进行阈值处理，并且采用固定滞后实时小波降噪算法克服边界算法干扰，通过Mallat快速小波变换算法对坡口特征信号进行重构，小波降噪后，输出离滑动窗口边界距离为I的那个数据，完成焊缝坡口跟踪信号的准实时降噪。
3.根据权利要求2所述基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪方法，其特征是:所述的动态焊缝切线法是指将e (k-2),e (k-l),e (k)通过最小二乘法曲线拟合得到偏差预测值e’’(k+l)，与k+Ι时刻实时获得的实际焊缝偏差值e’(k+l)进行对比分析，优化后获得最佳焊缝偏差值e(k+l)，根据该值和偏差绝对值的变化速率控制焊接小车和十字滑块的运动，实现大曲率弯曲焊缝自动跟踪。
【文档编号】B23K9/127GK104028877SQ201410260236
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】洪波, 柳健, 洪宇翔, 王谦 申请人:湘潭大学