本发明专利技术涉及一种焊接跟踪装置及其跟踪方法，在焊枪喷嘴外表面设有电容阵列，所述电容阵列中的电容呈行列分布；各行电容等间距设置，每行电容为多个，沿焊枪喷嘴外表面圆周方向均匀分布；各行电容一一对应，每列电容之间的连线与焊枪喷嘴轴向中心线平行。本发明专利技术的电容式传感器结构简单，易于制造和保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。工作进行测量。工作进行测量。
【技术实现步骤摘要】
一种焊接跟踪装置及其跟踪方法
[0001]本专利技术属于焊接
，尤其涉及一种焊接跟踪装置及其跟踪方法。
技术介绍
[0002]焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或者分子间的作用力而连接在一起，随着焊接技术的不断发展，它在生产中的应用日趋广泛，到目前为止已经成为一种重要的加工手段，焊缝自动跟踪系统的研究作为焊接领域的一个重要的方面，为了进行精确的自动焊接，必须进行焊缝自动跟踪。随着现代工业的大型化和高参数化，机器人焊接技术也得到了充分体现。由于与传统的电弧焊接相比较，机器人焊接技术可焊接质量。机器人焊接过程相对复杂，坡口的加工、工件的装配精度要求很高，以及在焊接过程中受热产生的变形等多重因素的影响，使得实际焊缝轨迹与焊接接缝的轨迹之间产生一定偏差，使得焊接质量并不能得到保证。
[0003]机器人自动焊接的焊缝跟踪，为了保证实际焊缝轨迹与焊接接缝的轨迹之间吻合，使得焊接质量得到保证。对焊接过程的稳定性及焊接质量产生了直接的影响，并且实现机器人焊接焊缝轨迹实现自动修正与补偿，降低焊接件的预加工成本和精度，提高焊接过程的工艺适应能力。
[0004]目前市场上的智能焊接跟踪系统对焊接采用的方法是根据反馈模块实时的出的数据，进行焊接缝的判断位置，从而控制焊接头对焊接缝进行焊接，这种实时焊接，容错率低，且容易出错，效率较低，不利于整个焊接工作的展开。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于解决现有的机器人自动焊接过程，采用激光、视觉、电流等常规手段，焊缝跟踪的实时性差的问题,并且对机器人自动焊接，焊接焊缝轨迹，采用电容跟踪实现自动修正与补偿。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种焊接跟踪装置，在焊枪喷嘴外表面设有电容阵列，所述电容阵列中的电容呈行列分布；
[0007]各行电容等间距设置，每行电容为多个，沿焊枪喷嘴外表面圆周方向均匀分布；各行电容一一对应，每列电容之间的连线与焊枪喷嘴轴向中心线平行。
[0008]对于每行电容，任意相邻两个电容之间设有间距，且间距相等。
[0009]每个电容均与电容控制器相连接，用于将测量的电容电荷数值，反馈给机器人控制器。
[0010]一种焊接跟踪方法，包括以下步骤：
[0011]通过电容阵列获取各电容相对于工件的位置，并筛选出某列电容作为当前时刻的检测电容组；
[0012]在当前时刻的检测电容组中，将该列中所有电容的位置序号选取中位数，得到中位数对应的电容，作为当前时刻的检测电容；
[0013]通过当前时刻的检测电容测量该检测电容与工件的距离，并根据该检测电容与焊枪喷嘴的位置关系，得到焊枪喷嘴末端的当前位置，根据焊枪喷嘴末端的当前位置与姿态，对焊缝的焊接进行实时跟踪。
[0014]每个电容相对于工件的位置通过下式得到：
[0015][0016]是相对介电常数，S为电容极板的面积，d为电容曲面区域的几何中心点与工件外表面距离焊枪喷嘴末端最近的垂直距离，k是静电力常量；
[0017]所述筛选出某列电容作为当前时刻的检测电容组，包括以下步骤：
[0018]获取工件上距离焊枪喷嘴末端最近的工件位置点的坐标矩阵A；
[0019]根据焊枪姿态以及电容在焊枪喷嘴上的相对位置，得到各列中每个电容的坐标矩阵B；
[0020]坐标矩阵B与坐标矩阵A做数值差，以得到各列中每个电容与工件的距离；
[0021]全部数值差通过冒泡排序法，选取最小数值差对应的某列电容为当前时刻的检测电容组。
[0022]所述焊枪喷嘴末端姿态通过下式得到：
[0023][0024]其中，α为工作角，表示以当前检测电容贴片几何中心为原点、并通过原点的两条边形成的角度，一条边以原点为起点并与焊枪喷嘴轴向中心线平行、另一条边为通过原点在水平面上的垂线；第九距离9为当前检测电容贴片几何中心原点、与辅助测量电容贴片几何中心点在底板上的投影点的距离，第十距离10为辅助测量电容贴片几何中心点与底板之间的距离，第十一距离11为当前检测电容贴片几何中心与辅助测量电容贴片几何中心点的距离，第十二距离12为辅助测量电容贴片几何中心点与底板之间的距离；
[0025][0026]其中，β为行走角，表示以当前检测电容为原点、并通过原点的两条边形成的角度，一条边以原点为起点并与焊枪喷嘴轴向中心线平行、另一条边为与当前焊接前进方向垂直的射线；第十四距离14为辅助测量电容贴片几何中心点在垂直于当前焊接前进方向上、与立板间的距离；第十六距离16为当前检测电容几何中心点与辅助测量电容贴片几何中心点之间的距离；第十三距离13为第十六距离16在与当前焊接前进方向垂直的直线上的投影长度；第十五距离15为以当前检测电容贴片几何中心点为原点、与当前焊接前进方向垂直的射线，距离立板的距离减去第十四距离14和第十三距离13之和；
[0027]所述底板为用于与立板焊接、并设于水平面上的平面板；
[0028]所述辅助测量电容为与当前检测电容同列的某个电容，且排除离焊枪喷嘴末端最近的电容。
[0029]所述工件位置点为立板上的位置点。
[0030]所述行走角β通过以下步骤进行修正：
[0031]将辅助测量电容贴片几何中心点D和当前检测电容几何中心点E，水平向工件的立板上投影，分别得到在工件外表面一段曲线的起点和终点；
[0032]对所述曲线的起点和终点进行微积分运算，得到第十三距离13计算值；
[0033]将行走角β减去第十三距离13计算值，得到修正后的行走角β。
[0034]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0035]1)能够在焊接过程中，时时感知焊缝跟踪过程的空间姿态，提高了焊接时的精度和容错度。
[0036]2)温度稳定性好
[0037]电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，这有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。而电阻传感器有铜损，易发热产生零漂。
[0038]3)结构简单
[0039]电容式传感器结构简单，易于制造和保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。
[0040]4)动态响应好
[0041]电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫兹的频率下工作，特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。
[0042]5)可以非接触测量且灵敏度高
[0043]可非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。
[004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种焊接跟踪装置，其特征在于，在焊枪喷嘴外表面设有电容阵列，所述电容阵列中的电容呈行列分布；各行电容等间距设置，每行电容为多个，沿焊枪喷嘴外表面圆周方向均匀分布；各行电容一一对应，每列电容之间的连线与焊枪喷嘴轴向中心线平行。2.根据权利要求1所述的一种焊接跟踪装置，其特征在于，对于每行电容，任意相邻两个电容之间设有间距，且间距相等。3.根据权利要求1所述的一种焊接跟踪装置，其特征在于，每个电容均与电容控制器相连接，用于将测量的电容电荷数值，反馈给机器人控制器。4.一种焊接跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：通过电容阵列获取各电容相对于工件的位置，并筛选出某列电容作为当前时刻的检测电容组；在当前时刻的检测电容组中，将该列中所有电容的位置序号选取中位数，得到中位数对应的电容，作为当前时刻的检测电容；通过当前时刻的检测电容测量该检测电容与工件的距离，并根据该检测电容与焊枪喷嘴的位置关系，得到焊枪喷嘴末端的当前位置，根据焊枪喷嘴末端的当前位置与姿态，对焊缝的焊接进行实时跟踪。5.根据权利要求4所述的一种焊接跟踪方法，其特征在于，每个电容相对于工件的位置通过下式得到：通过下式得到：是相对介电常数，S为电容极板的面积，d为电容贴片的几何中心点与工件外表面距离焊枪喷嘴末端最近的垂直距离，k是静电力常量。6.根据权利要求4所述的一种焊接跟踪方法，其特征在于，所述筛选出某列电容作为当前时刻的检测电容组，包括以下步骤：获取工件上距离焊枪喷嘴末端最近的工件位置点的坐标矩阵A；根据焊枪姿态以及电容在焊枪喷嘴上的相对位置，得到各列中每个电容的坐标矩阵B；坐标矩阵B与坐标矩阵A做数值差，以得到各列中每个电容与工件的距离；全部数值差通过冒泡排序法，选取最小数值差对应的某列电容为当前时刻的检测电容组。7.根据权利要求4所述的一种焊接跟踪方法，其特征在于，所述焊枪喷嘴末端姿态通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆璐，朱维金，钟立明，
申请(专利权)人：潍坊新松机器人自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：
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