一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法与流程

本发明涉及自动化跟踪领域，是一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法。

背景技术：

焊接自动化是当今时代焊接发展不可阻挡的潮流，实现焊缝自动跟踪是焊接自动化的重要环节，在焊缝跟踪机器人中,焊接质量主要取决于传感技术,它决定着整个系统对焊缝的跟踪精度，而我国对于焊缝自动化的研究也主要集中在不同种类传感器的研究与设计上。国外对于焊接自动化的研究比较广泛，开展得也比较早，但是国外的研究主要集中在轨迹规划与控制算法方面。

目前中国知识产权局公布的申请号为“201210428067.6”的“用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器”专利文献所述的磁控电弧传感器是用来产生对称磁场来实现焊接。而在可查的期刊文献中所公开的磁控电弧传感器均没有用于纠偏，而焊缝跟踪过程中机械臂或十字滑架响应慢不能及时纠偏，再加上存在机械磨损等问题导致焊缝跟踪精度不高。

目前中国知识产权局公布的申请号为“201710384582.1”的“基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法及装置”专利文献所述的多极电容传感器是通过电容层析成像来识别整个工件形状，算法复杂实时难度大。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提出一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提出一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法，用于焊接过程中实时纠偏。该方法将电容传感器极板平均分成五块小极板，充分利用多极电容传感器采集电容至工件的距离信息，得到多点的位置后由三次样条插值算法拟合出电弧预轨迹，再将得到的高度函数转化成电流函数作为标准电流信号输入电流跟踪电路，通过电流跟踪电路控制输出开关改变波形发生器icl8038输出波形的占空比来改变磁场强度，实现自动化焊接。

它包括以下步骤：

步骤1：电弧预轨迹获取

当获取电弧预轨迹时，先由对称分布于焊枪两侧的多极电容传感器实时获取位置信息，当两侧电容极板所得数据不一致时，及时调整焊枪位置，然后将所获得的信息由三次样条插值算法拟合出电弧预轨迹。

步骤2：焊缝偏差的调节

由步骤1中得到的电弧预轨迹可知焊炬高度函数由此转化成电流函数作为标准电流信号输入电流跟踪电路，再通过电流跟踪电路控制输出开关改变磁控电弧传感器的脉冲占空比完成实时纠偏，实现自动化焊接。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法，采用多极电容传感器实时获取位置信息，五块小极板能采集九个数据点既能达到曲线精度要求又能降低运算输出响应快；采用三次样条插值算法得到电弧预轨迹，它克服了分段三次插值多项式整体光滑性差和自由度过多的问题，能精确拟合出电弧预轨迹；最后采用磁控传感器完成纠偏，无机械磨损且相应快，从而保证了焊缝跟踪精度，提高了焊接生产的质量和效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明多极电容传感器信号采集示意图

图3为本发明电流跟踪电路图

图4为原波形发生器icl8038电路图

图5为本发明波形发生器icl8038电路图

图中：1—焊枪，2—磁控电弧传感器，3—多极电容传感器器，4—工件，5—三次样条插值算法预轨迹图，

具体实施方法：

为了更好地表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说。但是，本发明的实施方式不限于此。

实施例1，本发明一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法如图1所示，多极电容传感器器对称分布于焊枪左右两侧，实时获取位置信息，将所获得的信息由三次样条插值算法拟合出电弧预轨迹；磁控电弧传感器对称分布于焊枪前后两侧，无偏差时，产生对称的横向交变磁场使电弧左右对称摆动完成焊接，偏差产生时，通过电流跟踪电路控制输出开关改变波形发生器输出波形的占空比来改变磁场强度，从而完成实时纠偏。

本发明一种多极电容传感磁控实时纠偏的焊缝跟踪方法包括以下步骤：

步骤1：电弧预轨迹获取

如图2所示，所述多极电容传感器采集多个工件点信息，由三次样条插值算法拟合出电弧预轨迹，其具体实施方式在于：将电容传感器极板平均分成五块小极板，每块极板信号采集范围如图2中信号点所在的小长方形所示，预轨迹拟合范围如图2中虚线所示，可根据不同采样数据组得到不同预轨迹，从中选取最优轨迹方案。

设预轨迹函数为，它在节点分成的每个小区间上是3次多项式，其在区间上的表达式如下：

其中，，，。

因此，只要确定了的值，就确定了整个表达式，的计算方法如下：

令：

则满足如下n-1个方程：

加上边界条件下有：

令则可得：

由于此方程组的系数矩阵是严格对角占优的，因此非奇异，于是可以唯一地解出，从而得到唯一预轨迹。

步骤2：焊缝偏差的调节

如图3所示，由步骤1中电弧预轨迹可知电弧至工件的高度函数，再由高度函数可得标准焊接电流i*，将其输入电流跟踪电路，使焊接电流i紧紧跟随其变化，其中电弧纠偏部分由开关v3、v4完成，具体通过改变波形发生器icl8038输出波形的占空比来改变磁场强度，如图4所示，图中通道9、3、2分别输出方波、三角波、正弦波，ra、rb决定输出波形占空比，将其改进如图5所示，图中开关v3、v4为图3中纠偏开关，当焊缝左偏时v3导通时，令左摆电弧磁场减弱，右摆电弧磁场增强，当焊缝右偏v4导通时，令右摆电弧磁场减弱，左摆电弧磁场增强，实时纠偏，完成焊缝跟踪。

实施例2，本发明的电流跟踪电路如图3所示，将标准电流i*和焊接电流i比较后输入滞环比较器，再通过其输出来控制开关v1、v2来调节焊接电流i大小，控制开关v3、v4的通断来调节波形发生器输出波形的占空比来改变磁场强度，从而完成实时纠偏；而且可以设置△i（=i-i*）来控制调节精度。

实施例3，本发明的多极电容传感器对称分布于焊枪两侧，实时监测焊枪是否对中焊缝，当两侧电容极板所得数据不一致时，能及时调整焊枪位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下所作的若干改进，都视为本发明的保护范围。