[发明专利]一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法。其技术方案要点是：利用双传感式机构上的类球阀活动关节装置调节前后两个传感器绕焊枪旋转，通过调节传感头空间方位，分别检测到相贯线焊缝信息和熔池信息；采用一种混连型多传感器数据融合的工作流程结构，结合SVD分解原理和Bar‑shalom算法，将前置传感器检测到的焊缝信息进行预处理后与相贯线焊缝空间曲线方程进行第一次融合，将后置传感器接收到的反映熔池信息的信号光在经过信号处理后与上述融合数据进行第二次融合，经过两次的数据提取和融合，实现对焊缝跟踪信息数据的高效处理；本方法是基于一种全状态闭环反馈控制的相贯线焊缝跟踪，可以显著提高相贯线焊缝跟踪的精度。

技术领域

本发明涉及焊接机器人及自动化领域，特别涉及到一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法。

背景技术

在锅炉焊接中，管管相交的相贯线焊缝极为常见，但因为管管相交的相贯线焊缝属于不断变化的空间曲线焊缝，不同于一维或二维平面上的焊缝，管管相交相贯线焊缝焊接过程中随着空间曲线焊缝形式变化，传感头难以调整到合适的检测位置，使得传感器的识别存在着偏差，导致焊缝跟踪不精确，难以保证焊缝质量。所以在管管相交的相贯线焊缝焊接过程中，简单的一维曲线或者二维平面内的焊缝跟踪难以满足焊接要求，必须保证随着焊缝的空间变化，能够同时地调整各个传感器的传感方位，准确地提取焊缝信息，并能够高效地将各个传感数据进行融合，然后调整焊枪姿态，实现实时的焊缝跟踪。

发明内容

为了更好地解决当前管管相交的相贯线焊缝焊接过程中传感器监测不到位，不能及时反映焊缝及熔池信息，导致焊缝跟踪失真的问题，本发明提出了一种稳定性好，跟踪精度高的基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法，其技术方案是：利用双传感式机构实现对焊缝和熔池信息的获取，该双传感式机构由一个接触式光电传感器、一个红外光学传感器、两个传感器摆臂、两个伺服电机b、c，两块伺服电机安装板，两个伺服驱动器和一个类球阀活动关节组成，在焊接过程中双传感式机构随时调节两个传感器传感头的空间方位，实时完整准确地检测焊缝和熔池信息，并提出一种混连型多传感器数据融合的工作流程结构，由焊缝信息接收和处理器对焊缝和熔池数据信息进行高效的融合处理，得出焊缝偏差，通过转换器得出准确的控制量，由双传感运动控制器控制焊枪俯仰角步进电机从而控制焊枪空间姿态，本方法是基于一种全状态闭环反馈控制的相贯线焊缝跟踪，可以显著提高相贯线焊缝跟踪的精度。

本发明所述的双传感式机构，其特征是：双传感式机构由一个接触式光电传感器、一个红外光学传感器、两个传感器摆臂、两个伺服电机b、c，两块伺服电机安装板，两个伺服驱动器和一个类球阀活动关节组成，双传感式机构通过类球阀活动关节装置套在在焊枪轴上，设计类球阀活动关节内部包括圆柱凸轮扇形摆盘机构和空间四杆机构，两个机构的从动件分别与输出轴①和输出轴②固连，主动件部分与正反转电机轴固连；在焊接过程中，将焊缝和熔池信息融合后得出的焊缝偏差信息通过数据传输口输进电机驱动器，从而控制正反转电机偏转的角度，前后两个传感器均可通过类球阀活动关节装置绕焊枪在空间一定角度范围内旋转，从而传感器可随时调节方位使得传感头能够在过程中一直保持在良好的检测位置，使接触式光学传感器和红外光学传感器总能够分别检测到全面准确的相贯线焊缝信息和熔池信息。

本发明所述的一种混连型多传感器数据融合的工作流程结构，焊接过程中，将前置的接触式光电传感器不断接收到的焊缝数据信息P₁与空间曲线理论方程P_o经预处理后进行对照，实行基于SVD分解原理的第一次数据融合，得到经过融合处理的焊缝信息P₃和接触式光电传感器的传感头偏移焊缝中心的偏移量P₂，P₂表示接触式光电传感器传感头需要调整的偏移量P₂(R,t)，其中R为空间旋转矩阵，t为空间平移向量，同时后置的红外光学传感器接收到的关于熔池的信息P₄与P₃进行基于Bar-shalom融合算法的第二次数据融合，经过两次的数据提取和融合，得出更加精确的焊缝偏差。