一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于焊接自动控制技术领域，具体涉及一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器。
【背景技术】
[0002]在焊接自动控制技术领域，焊缝的自动跟踪技术一直以来都是一个难点。从广义上来说，就是焊枪在焊接的过程中能够实现自动化和智能化的沿着焊缝轨迹运动并且在出现偏差的时候能够及时调整回去。基于焊接环境、焊接对象、焊接坡口形式等各方面的因素考虑，只有传感器在结构上、灵敏度上、动态品质因素上、抗干扰性能等方面都具有较好的表现才可以考虑用于焊接。
[0003]电容传感器通过电容值的变化去观察距离的变化，他不但原理简单，而且结构也非常简单，并且对偏差信号还具有很强的分辨能力，可以在高温、高辐射、强振动等恶劣环境下工作。电容传感器在工作的时候与工件是不接触的，也就是所说的非接触测量，这样不但可以防止磨损，延长传感器的工作寿命，也可以避免掉一部分接触式干扰，获得良好的输出特性。这就是电容传感器的独特所在。电容传感器对靠进的金属或高导电的物体有非常灵敏的感应能力，除此之外，通过多极板结构，电容传感技术结合高精度的数字信号输出，或者结合提供绝对精度较低的模拟信号输出的电路，其响应速度快，电路简单，能够精确测量待测倾角和线性位置，又由电容传感器的可达性能好，结构相对简单，稳定性能好，抗干扰能力强等优点而被广泛的应用。
[0004]因此有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提供一种成本低、结构简单、灵敏度高、稳定性好的旋转边缘电容焊缝跟踪传感器。
[0006]本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的:该旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，包括上端盖、绝缘套、驱动电机、旋转编码器、电磁场屏蔽层、电容基板、信号处理模块；所述的旋转编码器在驱动电机的下方，驱动电机由电机支架支撑，并由螺钉固定在电机支架上;所述的电磁场屏蔽层设于旋转编码器的下方，电容基板的上方，且电磁场屏蔽层固定在绝缘套上，与电机轴相对转动;所述的电容基板设于电磁场屏蔽层的下方，并通过绝缘套嵌套与电机轴上，与电机轴进行同步旋转;基板电路和旋转编码器电路经由绝缘外壳连接于上端盖。
[0007]更具体地说，所述的旋转电容传感器主要由激励电极极板9、接收电极极板11、两极板间的绝缘层10和绝缘层组成，电容基板采用圆盘形结构，其激励电极采用单平面环形结构，接收电极采用半环形结构，接收电极和激励电极之间由绝缘层隔开。电容基板通过绝缘套嵌套于电机轴上，与电机轴进行同步旋转。
[0008]所述的旋转电容传感器的电容基板通过驱动电机带动，进行往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态。数据转换和处理电路将电容传感器采集到的焊缝位置信息进行转换和处理，之后再将处理的信号输送给驱动控制电路，进行十字滑架对焊枪相对于焊缝位置的纠偏调节，从而实现焊枪对焊缝的实时跟踪。
[0009]所述的旋转电容传感器的旋转编码器的光耦固定在传感器的绝缘套上，光栅与电机轴进行同步旋转，当电机轴进行一百八十度往复旋转时，电容传感器每一时刻所采集的焊缝偏差信息都会对应一个旋转编码器此时旋转的角度，通过信号处理模块即可得到焊枪跟踪方向与焊缝偏离方向之间的夹角，通过驱动控制电路控制十字滑块进行偏差信息的补偿，即可实现焊缝的跟踪。
[0010]所述的旋转电容传感器的信息处理模块包括信号放大电路、信号补偿电路、信号整形电路、信号拟合电路以及滤波降噪电路。
[0011]所述的旋转电容传感器的机理特征是:利用环形电容基板上激励电极与接收电极之间产生的边缘效应作为焊接区域的检测场，通过驱动电机的往复运转，边缘效应电场就会旋转扫描焊缝区域，传感器头部与工件之间距离的变化能够转化为传感器输出电压的变化，当传感器扫描过焊缝位置时会输出相应的电压信号峰值，电压信号峰值就是焊缝的中心位置，当传感器相对焊缝的位置发生相对偏离时，就会输出不同的电压信号波形，因此可以通过电压峰值信号的变化判断焊缝中心的位置，传感器对中焊缝时旋转半周输出的波形和传感器左右偏离时旋转半周输出的波形会有明显的区别。
[0012]所述的旋转电容传感器的特征是:当驱动电机带动电容基板往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态，再将处理的信号输送给驱动控制电路，进行十字滑架对焊枪相对于焊缝位置的纠偏调节，从而实现焊枪对焊缝的实时跟踪。
【附图说明】
[0013]图1是旋转边缘电容焊缝跟踪传感器的结构示意图。
[0014]图2是旋转边缘电容焊缝跟踪传感器电容基板的平面纹路结构示意图。
[0015]图3是旋转边缘电容传感器与工件的位姿关系示意图和所对应的信号输出状态，其中，图(a)是电容传感器居中时的示意图，图(b)是电容传感器右偏时的示意图，图(C)是电容传感器左偏时的示意图。
[0016]在图2中，1、上端盖，2、绝缘套，3、驱动电机，4、电机支座，5、旋转编码器的光栅，6、旋转编码器的光耦，7、屏蔽层，8、绝缘套筒，9、激励电极极板，10、绝缘层，11、接收电极极板。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0018]参见图1，本发明实施例中，驱动电机由电机支座支撑，并由螺钉固定在电机支座上，电机带动旋转编码器的光栅进行同步旋转，固定在绝缘套上的光耦进行电机转速的测量，通过数据处理与处理模块可获得焊缝偏差与焊枪偏离的角度，通过控制系统控制驱动器进行焊缝偏差的纠正，屏蔽层固定在绝缘套上，设于电容基板的上方，通过屏蔽层除去外电场和磁场对电容基板的干扰，旋转编码器电路和电容基板电路经由绝缘套外壳连接于上端盖，信号处理模块电路也是经由绝缘套外壳连接于上端盖。电容传感器基板位于屏蔽层的下方，通过绝缘套嵌套于电机轴上，与电机轴进行同步旋转，当驱动电机带动电容基板往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状
??τ O
[0019]参见图2，是旋转电容传感器电容基板的纹路形式，内环为激励电极，采用平面环形结构，外环为接收电极，采用半环形结构，激励电极和接收电机之间有绝缘层隔开。通过数据转换及处理模块给激励电极输入正弦激励信号，激励电极和接收电极之间形成边缘效应，当驱动电极带动电容基板往复运转时，针对不同的焊缝坡口或者不同的焊缝偏差状态时，将产生不同的调质信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态。
[0020]参见图3，是旋转电容传感器与焊接工件位置关系示意图，其中，图(a)是传感器与焊缝对中时的示意图以及电压信号输出变化图，图(b)是传感器相对焊缝右偏时的位置示意图以及电压信号输出变化图，图(C)是传感器相对焊缝左偏时的位置示意图以及电压信号输出变化图。旋转电容传感器是利用传感器输出的电压信号和传感器与工件之间的距离变化的对应关系来反映出焊缝的位置变化的。在传感器旋转的过程中，边缘效应场每旋转到一个不同的角度都会有一个对应的电压值与之对应。当传感器对中焊缝时与传感器相对焊缝有左右偏差时，传感器输出的电压信号会有明显的不同。如图(a)，当传感器对中焊缝时会输出典型的正弦基波信号；如图(b)，当传感器相对焊缝右偏时，正弦波的波峰会有明显的变宽，波谷会明显的变窄，相对基波周期不变；如图(C)所示，当传感器相对焊缝左偏时，正弦波的波峰会有明显的变窄，波谷会明显的变宽。因此，可以根据电压信号的波形可以直接判断出焊缝是左偏还是右偏。通过信号处理模块对电压信号进行调制解调，将处理的信号输送至驱动控制系统，通过十字滑块的左右偏差的纠正即可实现焊缝的跟踪。
[0021]针对焊缝自动跟踪领域的问题，本文中提出的旋转电容传感器能应用于多种类型的焊缝坡口，结构简单紧凑，焊接效率高，抗外界干扰能力强，跟踪精度高，稳定性好，成本低。
【主权项】
1.一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，其结构特征在于:它由上端盖、绝缘套、驱动电机、旋转编码器、电磁场屏蔽层、电容基板、信号处理模块组成；当驱动电机带动电容基板往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号。2.根据权利要求1所述的一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，其特征在于:所述的旋转编码器设于驱动电机下方，电容基板位于编码器下方，光栅和电容基板通过轴套安装于电机轴上，随电机轴同步旋转，光耦由螺钉固定在绝缘套上。3.根据权利要求1、2所述的一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，其特征在于:所述的电容传感器基板位于屏蔽层的下方，通过绝缘套嵌套于电机轴上，与电机轴进行同步旋转，电容传感器的激励电极采用单平面环形结构，接收电极采用单平面半环形结构。4.根据权利要求1所述的一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器的调制信号，其特征在于:所述的电容传感器，对不同的坡口或者不同焊缝位置偏差进行旋转扫描焊缝区域时，将产生不同谐波的正弦调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态。
【专利摘要】本发明公开了一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，应用于焊接自动化、机器人焊接、焊缝跟踪领域。本发明的技术要点是：它由上端盖、绝缘套、驱动电机、旋转编码器、电磁场屏蔽层、电容基板、信号处理模块组成。其特征在于当驱动电机带动电容基板往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态。本设计的优点是此传感器能应用于多种类型的焊缝坡口，结构简单紧凑，焊接效率高，抗外界干扰能力强，跟踪精度高，稳定性好，成本低。
【IPC分类】B23K37/02, B23K37/00
【公开号】CN105665981
【申请号】CN201610245066
【发明人】李湘文, 李文强, 洪波, 庞争林
【申请人】湘潭大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月19日