[发明专利]一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，包括检测电路安装平台、若干检测电路和模拟焊枪的永磁铁；

所述若干检测电路结构相同，均包括并联在直流电源两端的电容C、第一线性霍尔传感器H1和第二线性霍尔传感器H2；其中，第一线性霍尔传感器H1和第二线性霍尔传感器H2上下重叠且以相反方向连接电源；

所述若干检测电路安装于检测电路安装平台上，且排布成平行的两排，两排检测电路错位排布，任一排上的非边缘的检测电路与另一排检测电路中两个相邻的检测电路构成一个等边三角形。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，第一线性霍尔传感器H1和第二线性霍尔传感器H2采用A1321线性霍尔传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，所述若干检测电路均连接采集卡，所述采集卡连接PC机。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，所述等边三角形的边长为10mm至35mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，所述检测电路安装平台为黄蜡板，检测电路安装平台上方还布置有玻璃平板作为永磁铁工作时的运行平面。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，检测区域中永磁铁所在位置O距各组检测电路的距离根据各组检测电路输出的电压值由公式3计算得到：

L=|ln((U-U0)/A)/(-0.5)*w+Lc|]]>   (公式3)

式中：U为检测电路中两个线性霍尔传感器差动输出电压；L为永磁体距检测电路投影点距离；U₀、A、L_c、w为拟合所得到的Guassian函数中的常量；

U＝U₀+A*exp(-0.5*((L-L_c)/w)²。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，其特征在于，所述检测电路安装平台为平板或圆柱体。

8.一种基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任一项所述的基于磁传感器阵列的焊接空间位置检测系统，包括：

永磁体产生磁场强度信号并在两排检测电路之间的检测区域滑动以模拟焊接，采集卡实时采集各检测电路输出的电压信号并传送给计算机；计算机根据公式3计算永磁体所在O_n点离各个检测电路的距离L；若O_n点距离第n个检测电路的距离L_n和O_n点距离第n+2个检测电路的距离L_n+2均小于R，则被检测永磁体处于第n、n+1和n+2个检测电路所组成的等边三角形中；O_n点距离第n+1个检测电路的距离L_n+1；L_n+1所对应检测电路与L_n和L_n+2所对应的两个检测电路处于不同排，L_n和L_n+2所对应的两个检测电路同排且相邻，L_n+1所对应检测电路位于L_n和L_n+2所对应的两个检测电路之间；

U＝U₀+A*exp(-0.5*((L-L_c)/w)²   (公式2)

L=|ln((U-U0)/A)/(-0.5)*w+Lc|]]>   (公式3)

式中：U为检测电路中两个线性霍尔传感器差动输出电压；L为永磁体距检测电路投影点距离；U₀、A、L_c、w为拟合所得到的Guassian函数中的常量；

如果检测电路安装平台为平板，当L_n所对应检测电路为上排检测电路时，O_n点的坐标由公式7、公式8、公式9计算可得；当L_n所对应检测电路为下排检测电路时，O_n点的坐标由公式10、公式11、公式12计算可得；

O_n(x)＝Q+R·(n+1)/2+n·L_n·cosα   (公式7)

O_n(y)＝E-P-L_n·sinα   (公式8)

cosα=AnAn+22+Ln2-OnAn+222·AnAn+2·Ln]]>   (公式9)

式中：O_n(x)和O_n(y)为O_n点的横纵坐标，α为O_n点与上排检测电路的连线之间的夹角；Q代表边缘检测电路距离检测电路安装平台边缘的距离，R表示等边三角形的边长；E表示检测电路安装平台的宽度；P表示上排检测电路距离检测电路安装平台上边缘的距离；A_nA_n+2表示L_n和L_n+2所对应的两个检测电路之间的距离；O_nA_n+2表示O_n点和L_n+2所对应的检测电路之间的距离；

O_n(x)＝Q+R/2+R·n/2+n·L_n·cosα   (公式10)

O_n(y)＝P+L_n·sinα   (公式11)

cosα=BnBn+22+Ln2-OnBn+222·BnBn+2·Ln]]>   (公式12)

式中：α为O_n点下排检测电路的连线之间的夹角；P表示下排检测电路距离检测电路安装平台下边缘的距离；B_nB_n+2表示L_n和L_n+2所对应的两个检测电路之间的距离；O_nB_n+2表示O_n点和L_n+2所对应的检测电路之间的距离；

如果检测电路安装平台为圆柱体，当L_n所对应检测电路为上排检测电路时，O_n点的圆柱坐标由公式13、公式14、公式15、公式16计算可得；当L_n所对应检测电路为下排检测电路时，O_n点的坐标由公式13、公式17、公式18、公式19计算可得；

O_n(ρ)＝R   (公式13)

   (公式14)

O_n(z)＝M-N-L_n·sinα   (公式15)

cosα=AnAn+22+Ln2-OnAn+222·AnAn+2·Ln]]>   (公式16)

式中：R为圆柱体半径，M为圆柱体高度，N为上排检测电路距离圆柱体上边缘的距离；α为O_n点与上排检测电路的连线之间的夹角；O_n(ρ)、O_n(φ)和O_n(z)分别表示圆柱坐标系中的半径、偏角和沿轴方向长度；

   (公式17)

O_n(z)＝N+L_n·sinα   (公式18)

cosα=BnBn+22+Ln2-OnBn+222·BnBn+2·Ln]]>   (公式19)

式中：N为下排检测电路距离圆柱体下边缘的距离；α为O_n点与下排检测电路的连线之间的夹角。