[发明专利]基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法

说明书

本发明公开了一种基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法，用于多层多道焊或者窄间隙焊焊枪空间姿态的识别及调整。该方法采用的系统利用多极阵列电容传感器对焊缝的坡口形貌进行检测识别；多极阵列电容传感器中的极板对间的电容值反映了坡口的形貌信息，利用控制及信号转换电路对电容信号进行滤波和转换放大处理，利用共轭梯度迭代算法对信号进行迭代计算得到焊缝形貌，将其与基于三点\四点对中算法焊枪姿态数据库中的焊缝形貌比对，快速提取出焊枪相对于工件焊缝的距离、偏转角特征信号；运动机构通过驱动器获取焊枪姿态识别控制器输出的偏转角信号并驱动十字滑架和双轴运动器对焊枪的姿态进行距离和偏转角度调整。

技术领域

本发明涉及自动化焊接领域，具体涉及一种基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法。

背景技术

目前，在工程机械、海工装备、轨道车辆等大型机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接已经成为焊接技术的发展趋势，而在焊接的过程中，焊接机器人和焊接专机如何识别焊枪位置姿态并进行自动调节是智能化焊接、提高焊接效率和焊接质量的重要环节之一。

为了在焊接的过程中使焊接机器人和焊接专机识别焊枪位置姿态并进行自动调节，多种传感器和技术方案得以发展和应用。但是目前使用的识别焊枪位置姿态的传感器一般为角度传感器单方面的测量焊枪相对于焊缝的空间角度；还有基于视觉传感器的角度测量技术，因为焊缝坡口以及多层多道焊的形貌表面凹凸不平，视觉传感器的应用也收到了很大的限制。

相对来说，基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法的优势是十分明显的，多极阵列电容传感器基于图像呈现技术，该传感器不易受弧光以及焊接飞溅的影响，通过多极电容传感器图像呈现技术，使焊缝的形貌呈现出来，利用相应的图像处理算法，得到焊枪相对于工件焊缝精准的距离和角度，通过双轴运动器和十字滑架的相互配合，调整焊枪的角度，在提高了焊接效率的同时保证了焊接质量，并且该焊枪姿态识别方法原理简单，图像处理准确方便。

发明内容

为了解决现有方法以及技术方面存在的不足，更好的推动自动化焊接机器人、自动化焊接专机的发展，针对目前复杂轨迹多层多道焊自动化焊接过程中，焊枪空间姿态难以识别、空间姿态信息识别受限制或者识别时间过长，存在延迟等的问题，本发明中提出了一种基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法，其特征是：基于多极阵列电容传感器的焊枪姿态识别方法采用的装置包括多极阵列电容传感器、控制及信号转换电路、焊枪姿态识别控制器及运动机构；多极阵列电容传感器包括16块电容极板、纵向屏蔽极板、绝缘层和屏蔽罩，电容极板分为激励电容极板和测量电容极板；焊枪姿态识别控制器包括数据采样和信号处理模块，基于三点\四点对中算法的焊枪姿态数据库和焊枪姿态比对提取模块；运动机构包括驱动器，十字滑架和双轴运动器；驱动器通过获取焊枪姿态识别控制器输出的距离和偏转角，驱动双轴运动器转动调整焊枪角度并驱动十字滑架横向和纵向运动；所述基于三点\四点对中算法的焊枪姿态数据库包括三点\四点对中算法和焊接经验数据库，依据焊接经验中得到的焊缝截面形貌，利用三点\四点对中算法计算相应焊缝截面形貌的焊枪偏转角度以及焊枪相对于工件焊缝的距离，并将偏转角度和距离的特征信号存储在基于三点\四点对中算法的焊枪姿态数据库中以供调用；所述三点\四点对中算法是指焊缝截面形貌是三角形或者四边形，如果是三角形，焊枪轴线是该三角形上底边的中线；如果是四边形，则取上、下底边中点的连线作为焊枪轴线；该焊枪姿态识别方法利用多极阵列电容传感器采集阵列电容中测量电容极板的电容数据；通过控制及信号转换电路对多极阵列电容传感器输出的电容信号进行C\V转换并利用运算放大器放大；转换之后的电压信号采用共轭梯度迭代算法对电容成像逆问题求解，反演出焊缝截面形貌，该形貌与基于三点\四点对中算法的焊枪姿态数据库中的焊缝截面形貌比对，快速提取出焊枪相对于工件焊缝的距离、偏转角特征信号；运动机构通过驱动器获取焊枪姿态识别控制器输出的距离和偏转角信号并驱动十字滑架和双轴运动器对焊枪的姿态进行距离和偏转角度调整。