[发明专利]一种电容式窄间隙焊缝跟踪传感器

说明书

技术领域

本发明属于一种自动化焊接跟踪传感器，具体涉及一种应用于窄间隙焊缝跟踪的电容式焊缝跟踪传感器。

背景技术

随着工业技术的发展，大型结构件的应用越来越多。焊接作为工业生产中最为重要的环节之一，焊缝的自动化焊接被提到了首要位置，对提高生产效率和生产质量都有非常重要的意义。而在大型结构件中存在许多的复杂焊缝，由于外界工件复杂，存在各种阻挡，使得焊枪结构必须小巧灵活，如一些大型厚壁压力容器的窄间隙焊缝焊接。

目前针对窄间隙焊缝等复杂焊缝的自动化焊接问题，大多采用激光视觉传感器进行焊接，然而激光视觉传感器对于工件表面质量，表面状态，反光率和装配精度要求较高，而焊接大型工件时，其安装精度往往存在一定的偏差、错边等，难以满足要求。同时激光视觉传感器的扫描位置一般超前或落后于焊接点，不能实现实时采集，故不能及时的补偿焊接变形。最后激光视觉传感器结构复杂、生产成本高、环境适应性差。

其它各类可以实现实时焊缝跟踪的传感器，如磁控电弧式、旋转电弧式焊缝跟踪传感器、摆动电弧式焊缝跟踪传感器等，可较好的用于一般薄板对接接头或角接接头等，但一般其传感头安装在焊枪气罩周围，或焊枪需要摆动，占用空间相对较大，对于大型的复杂焊缝可达性较低。这很大程度上限制了窄间隙焊缝的自动跟踪。

电容式传感器是把外界位移量或压力变化等检测值转换成电容变化量的一种高灵敏度传感器。目前电容传感器多用于微型精密系统的测量领域。对于电容传感器在焊缝跟踪领域的研究，多采用变截距式或单片式结构，且一般采用两个电极。上述两种传感器能适应小型结构件和薄板焊接，但对于大型窄间隙焊缝等复杂结构件，目前尚未展开过这一方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于窄间隙焊缝焊接的电容式焊缝跟踪传感器。

为实现上述目的，该电容式焊缝跟踪传感器为圆柱套筒式三电极结构，包括一个激励电极和两个接收电极，屏蔽层位于电极内侧，被三层绝缘层依次覆盖。安装于气体保护焊焊枪气罩之上，孔内径与焊枪气罩外径一致，电容底部与气罩底部共面。

该电容传感器具有的三个电极，等大小均匀分布于传感器外表面，三个电极相互之间夹角均为120°。屏蔽层与电极材料均采用铜箔，内侧和外侧绝缘层材料分别为高温电绝缘防护镀层和陶瓷涂层，厚度为0.1～0.3mm，中间层绝缘层材料为具有一定机械强度的绝缘树脂，厚度为1.2～1.5mm。

该电容传感器具有两个接收电极，采集两组电容C12和C13。依次通过电容电压转换、滤波、放大、A/D转换等，转换成数字信号e1和e2输出。数字信号再通过切比雪夫数字低通滤波器滤波，将信号e1-e2-Δe对应焊枪左右偏差,将信号(e1+e2)×x+(e1-e2-Δe)×y对应焊枪高低偏差。以最小二乘法线性拟合，提取出纵向偏移信号UD和横向偏移信号LR。信号UD与自适应调节的基准信号UD’比较得出焊枪纵向偏移方向和距离，信号LR通过分析正负与大小得出焊枪横向偏移方向和距离。从而达到检测焊缝位置偏差的特性。

该电容式焊缝跟踪传感器灵敏度高，动态响应好，工作稳定，对焊接环境中的恶劣条件适应性强。相对于视觉类焊缝跟踪传感器结构简单，成本低，采样点为实际焊接点；相对于其它实时跟踪的焊缝跟踪传感器，其结构小巧，不占用空间，可达性高。故相比之下，能更好的实现复杂焊缝的焊接跟踪。

附图说明

图1(a)是本发明的系统原理结构示意图，(b)是立体式边缘电场电容传感器与角接接头空间关系示意图。

图2是焊枪偏移示意图。

图3(a)是套于焊枪气罩上的立体式边缘电场电容传感器横截面结构示意图；(b)是立体式边缘电场电容传感器立体结构示意图。

图4是偏差信号提取流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1(a)，立体式边缘电场电容传感1套于气体保护焊的焊枪气罩2之上，随焊枪一起移动。将焊接过程中采集到的电容值信号传送给信号转换模块，转换成数字信号，再由单片机运算模块运算，发送命令给焊接控制系统3，从而实现自动焊接跟踪。