本发明涉及自动化跟踪领域，是一种同步双旋转激光电弧传感器电流跟踪实时纠偏方法。
背景技术：
电弧传感器的原理是从电弧电流和电压的变化中获得焊缝横向与高低偏差信息，当焊炬与工件距离变化时，电流相应改变,以保持原有的熔化率。因此，电弧电流的变化反映了焊炬高度的变化,通过电弧摆动扫描焊缝的坡口，从电流波形特性中可获得焊炬横向对中的信息。
目前，对于焊枪偏差的判断方法主要是极值比较法和积分差值法。极值比较法是在焊枪的摆动过程中，若焊炬中心线不在坡口中心线上时，电弧摆动到左边和右边，就具有不同的干伸长度，因而造成不同的电弧电流。测定此两点电流值，加以比较，即可判断电弧位置，进行自动跟踪。而积分差值法一般是以焊炬中心为分界线,将两侧电流信号积分之和作为焊炬高度信号,以两侧电流信号积分之差作为焊炬偏离中心线的偏差信号。上述两种方法都得等到焊枪摆动到左右极限位置之后才能对偏差做出判断，然后在对焊枪位置进行调整，处理控制相对滞后，不具有实时性。
传统的激光传感器存在传感器先行的问题，实时性差，，由于传感器先行在系统中增加了记忆功能，导致系统的控制难度加大，复杂程度提高。而且无法抵抗磁偏吹干扰和焊丝弯曲干扰。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提出一种同步双旋转激光电弧传感器电流跟踪实时纠偏方法
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提出一种同步双旋转激光电弧传感器电流跟踪实时纠偏方法，其特征在于，首先由同步双旋转激光电弧传感器1中前置的旋转激光模块2旋转扫描得到焊缝的预轨迹，然后由旋转电弧模块3完成精确调节，具体采用电流跟踪电路使模拟焊接电流i实时跟踪模拟标准电流i*，同时由电流跟踪电路中引出的开关器件v3、v4控制电机的正反转来控制焊枪的左右运动，使焊枪处于对应的位置，从而使实际焊接电流紧紧跟随标准电流的变化，实现标准对中跟踪，而焊枪的运动将使电流跟踪电路中的模拟电弧负载也紧紧跟随实际电弧负载的变化处于对应的大小，从而使焊枪运动变化实时反馈到电流跟踪电路中，形成闭环负反馈，实时的完成纠偏。
它包括以下步骤：
步骤1：同步双旋转激光电弧传感器扫描得到焊缝信息
首先由同步双旋转激光电弧传感器1中的前置的旋转激光模块2旋转扫描得到焊缝的预轨迹，此时plc切断主旋转编码器5到从旋转电机6的传输通道，仅由旋转激光模块2旋转扫描，减少不必要的动作，当找到焊缝位置完成预轨迹之后再将主旋转编码器5到从旋转电机6的传输通道连接，开始激光与电弧的同步旋转准备获取焊炬高度变化。
步骤2：模拟标准电流i*的获取
由于标准电流的波形与焊缝坡口形状、焊炬高度的变化及扫描频率有关，由步骤1中同步双旋转激光电弧传感器1中前置的旋转激光模块2与焊枪做同频率旋转得到的高度变化即是焊炬高度变化，因此，将得到的对中情况下焊炬高度变化函数h(t)送入数字仿真程序得到相应的标准电流的波形，经比例缩放即得到模拟标准电流i*的波形，最后将模拟标准电流i*的波形作为参考电流信号输入电流跟踪电路，使模拟焊接电流i紧紧跟随其变化，实现标准对中跟踪。
步骤3：对模拟对中焊接电流i*的实时跟踪
将步骤2中得到的模拟标准电流i*和模拟焊接电流i的偏差i*-i作为带有滞环比较特性的比较器输入，再通过其输出分别控制调节模拟焊接电流i大小的开关v1、v2和焊枪左右运动的开关v3、v4的通断。当模拟焊接电流i小于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*-δi，则v1导通，v2关断，使i增大；相反，如果模拟焊接电流i大于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*+δi，则v1关断，v2导通，使i减小；这样就能实现对模拟标准电流i*的实时跟踪。由于i就在i*+δi和i*-δi范围内，呈锯齿状地跟踪模拟标准电流i*，所以可以通过设置环宽2δi的大小来满足不同焊接条件下的跟踪误差。
步骤4：焊枪运动实现实时纠偏。
电机正反转控制开关v3、v4，同样由滞环比较器的输出来控制，其导通时间与控制模拟焊接电流i大小的开关v1、v2分别对应一致，当模拟焊接电流i小于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*-δi，则v3导通，v4关断，电机正转焊枪向左运动；相反，如果模拟焊接电流i大于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*+δi，则v3关断，v4导通，电机反转焊枪向右运动；使实际焊接电流紧紧跟随标准电流的变化，实现标准对中跟踪。而且焊枪的运动将使电流跟踪电路中的模拟电弧负载也紧紧跟随实际电弧负载处于对应的大小，从而使焊枪运动变化实时反馈到电流跟踪电路中，形成闭环负反馈，实时的完成纠偏。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种同步双旋转激光电弧传感器电流跟踪的即时纠偏方法，首先由同步双旋转激光电弧传感器1中前置的旋转激光模块2旋转扫描得到焊缝的预轨迹，然后由旋转电弧模块3完成精确调节，由于前置的旋转激光模块2只需测得焊炬的高度变化而不需要完成精确纠偏，因此大大简化了控制系统的复杂程度，同时也不会因产生磁偏吹干扰和焊丝弯曲干扰而影焊接质量。采用电流跟踪电路使模拟焊接电流i实时跟踪模拟标准电流i*，由于电流跟踪电路采用滞环比较的方式，所以可以通过设置环宽来满足不同焊接条件下的精度要求。同时由电流跟踪电路中引出的开关器件v3、v4控制电机的正反转来控制焊枪的左右运动，使焊枪处于对应的位置，使实际焊接电流紧紧跟随标准电流的变化，实时的完成纠偏动作，本发明的实时纠偏不同于其他的纠偏方式，是判断每个时刻焊枪的位置是否有偏差，若出现偏差则立即纠偏，减小了偏差带来的影响，实现标准对中跟踪。而焊枪的运动将使电流跟踪电路中的模拟电弧负载也紧紧跟随实际电弧负载处于对应的大小，从而使焊枪运动变化实时反馈到电流跟踪电路中，形成闭环负反馈，提高了系统的稳定性与精确性。
附图说明
图1为本发明同步双旋转激光电弧传感器结构图
图2为本发明同步双旋转传感器运动轨迹图
图3为本发明工作原理图
图4为本发明电机正反转控制电路图
图5为本发明的电流跟踪电路波形图
图中：1—同步双旋转激光电弧传感器，2—旋转激光模块，3—旋转电弧模块，4—主旋转电机，5—主旋转编码器，6—从旋转电机，7—从旋转编码器，8—工件，9—旋转激光在工件上的运动轨迹，10—旋转电弧在工件上的运动轨迹。
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，如图1和图2所示，同步双旋转激光电弧传感器1由旋转激光模块2与旋转电弧模块3组成，其中控制旋转激光模块2的主旋转电机4由plc直接控制其转速，其伺服驱动器再将主旋转编码器5的脉冲输出，并连接到从旋转电机6驱动器的脉冲输入口中，这样，从旋转电机6的转动角度由主旋转编码器5的输出脉冲给定，其转速也由主旋转编码器5的脉冲频率确定，使两者的转速和转动角度一致，实现同步旋转，从旋转编码器7再将其输出返回至plc中，形成闭环反馈。
实施例2，本发明基于电弧传感的实时纠偏方法的原理如图3所示，用于焊接过程中实时纠偏，采用电流跟踪电路使模拟焊接电流i实时跟踪模拟标准电流i*，同时由电流跟踪电路中引出的开关器件v3、v4控制电机的正反转来控制焊枪的左右运动，使实际焊接电流紧紧跟随标准电流的变化，实现标准对中跟踪。而且焊枪的运动将使电流跟踪电路中的模拟电弧负载也紧紧跟随实际电弧负载的变化处于对应的大小，从而使焊枪运动变化实时反馈到电流跟踪电路中，形成闭环负反馈，实时的完成纠偏。
本发明基于电弧传感的实时纠偏方法包括以下步骤：
步骤1：同步双旋转激光电弧传感器扫描得到焊缝信息
首先由同步双旋转激光电弧传感器1中前置的旋转激光模块2旋转扫描得到焊缝的预轨迹，此时plc切断主旋转编码器5到从旋转电机6的传输通道，仅由旋转激光模块2旋转扫描，减少不必要的动作，当找到焊缝位置完成预轨迹之后再将主旋转编码器5到从旋转电机6的传输通道连接，开始激光与电弧的同步旋转准备获取焊炬高度变化。
在电弧以周期t、半径r作旋转扫描的情况下，对于v型坡口或角焊缝，在一周期内的焊炬高度变化为
对于不开坡口搭接，焊炬高度变化为
对于i型对接坡口有
式中，θ＝arcsin(e/r)、-π/2≤θ≤π/2、ω＝2π/t、hc、r、a都是常量，e为焊炬偏离焊缝中心的距离，若e＝0则得到对中情况下的焊炬高度变化。
步骤2：模拟标准电流i*的获取
由于标准电流的波形与焊缝坡口形状、焊炬高度的变化及扫描频率有关，由步骤1中同步双旋转激光电弧传感器1中前置的旋转激光模块2与焊枪做同频率旋转得到的高度变化即是焊炬高度变化，因此，将得到的对中情况下焊炬高度变化函数h(t)送入数字仿真程序得到相应的标准电流的波形，经比例缩放即得到模拟标准电流i*的波形，最后将模拟标准电流i*的波形作为参考电流信号输入电流跟踪电路，使模拟焊接电流i紧紧跟随其变化，实现标准对中跟踪。
对于具有极好动态响应的焊接电源，其动态特性可视为比例环节即：p(s)＝i(s)/u(s)＝p0，这时传感器的传递函数可简化为：
在一般的焊接电源条件下，电源-电弧回路含有感性储能元件，电源可视为一阶惯性环节时，p(s)＝p0/(1+tps),电弧传感器动态模型是二阶系统，有两个极点数和一个零点。焊炬高度变化h(s)到焊接电流i(s)的传递函数g(s)可表示为
其中k是相应条件下的静态增益。
对于一阶模型：t1＝0.009s，t2＝0.021s
对于二阶模型：t1＝0.009s，t2＝0.019s，t3＝0.0045s
电弧传感器的数字仿真模型为：
步骤3：对模拟对中焊接电流i*的实时跟踪
将步骤2中得到的模拟标准电流i*和模拟焊接电流i的偏差i*-i作为带有滞环比较特性的比较器输入，再通过其输出分别控制调节模拟焊接电流i大小的开关v1、v2和焊枪左右运动的开关v3、v4的通断。当模拟焊接电流i小于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*-δi，则v1导通，v2关断，使i增大；相反，如果模拟焊接电流i大于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*+δi，则v1关断，v2导通，使i减小；这样就能实现对模拟标准电流i*的实时跟踪，如图5所示。由于i就在i*+δi和i*-δi范围内，呈锯齿状地跟踪模拟标准电流i*，所以可以通过设置环宽2δi的大小来满足不同焊接条件下的跟踪误差。
步骤4：焊枪运动实现实时纠偏。
电机正反转控制开关v3、v4，同样由滞环比较器的输出来控制，其导通时间与控制模拟焊接电流i大小的开关v1、v2分别对应一致，当模拟焊接电流i小于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*-δi，则v3导通，v4关断，电机正转焊枪向左运动；相反，如果模拟焊接电流i大于模拟标准电流i*达到δi，即i＝i*+δi，则v3关断，v4导通，电机反转焊枪向右运动；使实际焊接电流紧紧跟随标准电流，实现标准对中跟踪。而且焊枪的运动将使电流跟踪电路中的模拟电弧负载也紧紧跟随实际电弧负载处于对应的大小，从而使焊枪运动变化实时反馈到电流跟踪电路中，形成闭环负反馈，实时的完成纠偏。
实施例3，如图4所示。当v3导通，v4关断时，由电源e1给电机提供正电压，使电机工作在正转电动状态，焊枪向左运动；当v3关断，v4导通时，由电源e2给电机提供负电压，使电机工作在反转电动状态，焊枪向右运动。
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。