一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法技术

本发明专利技术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。

A dual sensor based seam tracking method for intersection of pipes and pipes

The invention discloses a seam tracking method based on double sensing for intersecting pipeline. The main points of its technical scheme are as follows: two sensors are rotated around the welding torch before and after adjusting the joint device of a ball like valve on the dual sensing mechanism, and the weld information and pool information of the intersecting line are detected by adjusting the spatial orientation of the sensor head, and a work flow structure with a mixed multi-sensor data fusion is used to combine the SVD. The decomposition principle and the Bar Shalom algorithm are used to preprocess the weld information detected by the pre sensor and the first fusion of the spatial curve equation of the intersecting line weld. The signal light received by the post sensor which reflects the molten pool information is fused with the above fusion data after the signal processing, and after two times, the fusion data is fused second times. This method is based on the tracking of the intersected weld line based on a full state closed loop feedback control, which can significantly improve the accuracy of the tracking of the intersecting line.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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Po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。本专利技术的有益效果是：本专利技术旨在解决管管相交的相贯线焊缝的跟踪、监测与控制问题，提出了一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法。在现有的管管相交相贯线焊缝跟踪的基础上，专利技术的一种双传感式机构能够在焊接过程中实时监测焊缝和熔池效果，并能够及时地通过全状态的闭环反馈机制调节双传感器的传感头空间方位，使得检测信息全面精确，提出的一种混连型多传感器数据融合的工作流程结构在数据处理过程中通过多次处理，避免了数据信息的丢失和低效融合，实现了相贯线焊缝的有效跟踪和焊缝质量控制。附图说明：图1是本专利技术的机械示意图。图2是本专利技术中双传感机构机械示意图。图3是本专利技术中类球阀活动关节内部示意图。图3.1是空间曲柄摇杆机构示意图。图3.2是扇形摆盘与齿条的齿轮啮合示意图。图4是本专利技术中相贯线焊缝的焊接步长ΔL示意图。图4.1是垂直焊枪轴的平面内前置传感头偏离焊缝轨迹的距离示意图。图4.2是平行焊枪轴的平面内后置传感器检测熔池信息偏离的角度示意图。图5是本专利技术的系统原理结构图。图中，1-管管相交主管，2-红外光发射器，3-红外光学传感器安装板，4-红外光接收处理器，5-加强筋，6-红外光学传感器摆臂，7-伺服电机c，8-伺服电机c安装板，9-类球阀活动关节输出轴②，10-类球阀活动关节，11-焊枪轴，12-焊枪俯仰角步进电机，13-类球阀活动关节输出轴①，14-伺服电机b安装板、15-伺服电机b，16-接触式光电传感器摇臂，17-接触式光电传感器，18-管管相交副管，19-管管相交焊缝，20-空间曲柄摇杆结构，21-数据传输口，22-正反转电机，23-圆柱凸轮，24-支撑框架，25-扇形摆盘，26-齿条，27-转接台。具体实施方式为了更好的表达整个专利技术的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。但是，本专利技术的实施方式不限于此。实施例1，所述的基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法，该跟踪系统由双传感式机构，焊缝信息接收和处理器、转换器，双传感运动控制器和焊枪俯仰角步进电机组成，其中双传感式机构包括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，两个伺服驱动器和一个类球阀活动关节；双传感器分别置于焊枪前后两侧，根据焊接方向接触式光电传感器在焊枪前方，红外光学传感器在焊枪后方，焊接过程中，由接触式光电传感器传感头检测焊缝中心，接触式光电传感器会检测到表征焊缝位置变化的电信号，本专利技术采用一种混连型多传感器数据融合的工作流程结构，将检测到的电信号经过预处理后与管管相交的相贯线焊缝空间曲线理论方程经过基于SVD分解原理的第一次融合，得到经过融合处理的焊缝信息和接触式光电传感器的传感头偏移焊缝中心的偏移量，与此同时红外光学传感器将接受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基于Bar-shalom融合算法的第二次数据融合，得到焊缝跟踪偏差，然后通过转换器转变为焊枪在空间的位移参数，控制器发出纠偏信号，驱使焊枪俯仰角步进电机带动焊枪产生相应的运动，实现精确的相贯线焊缝轨迹跟踪。本专利技术中的管管相交的相贯线焊缝跟踪过程处于一种全状态闭环反馈控制机制，根据前置传感器反馈的信息与理论相贯线方程对照，判别焊缝的理论空间曲线方程与检测到的焊接点集之间的误差，在误差允许的范围内前置传感头可继续进行检测动作，一旦超出误差允许范围，则要通过反馈调节指令调节接触式光电传感器传感头在焊接空间的位置，使其朝着趋于焊缝中心的方向移动，同时后置传感器不断接收反馈熔池信息的红外光并分析所得到的的信息是否完整，若得到完整全面的反映熔池信息的红外光，则后置传感器的姿态不做调整，反之则控制器通过焊接手臂和类球阀活动关节调节后置传感器的空间方位，使能得到精确完整的熔池信息；在经过两次数据融合后检测焊缝质量，若能达到要求，则继续向前工作，否则重复上述过程。实施例2，所述的双传感式机构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法，其特征在于：双传感式机构调节双传感器在空间一定角度内的位姿，便于检测到完整准确的焊缝和熔池信息，并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，实现对焊缝跟踪信息数据的高效处理；该方法采用的跟踪系统包括双传感式机构，焊缝信息接收和处理器、转换器、双传感运动控制器，焊枪俯仰角步进电机；其核心是在相贯线焊缝焊接过程中双传感式机构能够随时调节两个传感器传感头的空间方位，总能够使得前后两个传感器分别检测到全面准确的相贯线焊缝信息和熔池信息；前后两个传感器分别将所获取的数据信息传输到焊缝信息接收与处理器器，将焊缝信息数据与焊缝空间曲线方程进行基于SVD分解原理的第一次融合，将熔池信息数据与上述融合数据进行基于Bar‑shalom算法的第二次数据融合，得到焊缝跟踪偏差；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。

【技术特征摘要】
1.一种基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法，其特征在于：双传感式机构调节双传感器在空间一定角度内的位姿，便于检测到完整准确的焊缝和熔池信息，并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，实现对焊缝跟踪信息数据的高效处理；该方法采用的跟踪系统包括双传感式机构，焊缝信息接收和处理器、转换器、双传感运动控制器，焊枪俯仰角步进电机；其核心是在相贯线焊缝焊接过程中双传感式机构能够随时调节两个传感器传感头的空间方位，总能够使得前后两个传感器分别检测到全面准确的相贯线焊缝信息和熔池信息；前后两个传感器分别将所获取的数据信息传输到焊缝信息接收与处理器器，将焊缝信息数据与焊缝空间曲线方程进行基于SVD分解原理的第一次融合，将熔池信息数据与上述融合数据进行基于Bar-shalom算法的第二次数据融合，得到焊缝跟踪偏差；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。2.根据权利要求1所述的基于双传感式的管管相交相贯线焊缝跟踪方法，发明了一种双传感式机构，其机构特点是：双传感式机构包括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；双传感器分别置于焊枪前后两侧，根据焊接方向接触式光电传感器在焊枪前方，红外光...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，陈实，芦川，谭炽泉，屈原缘，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43