[发明专利]一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动控制技术领域，具体涉及一种旋转边缘电容焊缝跟踪传感器。

背景技术

在焊接自动控制技术领域，焊缝的自动跟踪技术一直以来都是一个难点。从广义上来说，就是焊枪在焊接的过程中能够实现自动化和智能化的沿着焊缝轨迹运动并且在出现偏差的时候能够及时调整回去。基于焊接环境、焊接对象、焊接坡口形式等各方面的因素考虑，只有传感器在结构上、灵敏度上、动态品质因素上、抗干扰性能等方面都具有较好的表现才可以考虑用于焊接。

电容传感器通过电容值的变化去观察距离的变化，他不但原理简单，而且结构也非常简单，并且对偏差信号还具有很强的分辨能力，可以在高温、高辐射、强振动等恶劣环境下工作。电容传感器在工作的时候与工件是不接触的，也就是所说的非接触测量，这样不但可以防止磨损，延长传感器的工作寿命，也可以避免掉一部分接触式干扰，获得良好的输出特性。这就是电容传感器的独特所在。电容传感器对靠进的金属或高导电的物体有非常灵敏的感应能力，除此之外，通过多极板结构，电容传感技术结合高精度的数字信号输出，或者结合提供绝对精度较低的模拟信号输出的电路，其响应速度快，电路简单，能够精确测量待测倾角和线性位置，又由电容传感器的可达性能好，结构相对简单，稳定性能好，抗干扰能力强等优点而被广泛的应用。

因此有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种成本低、结构简单、灵敏度高、稳定性好的旋转边缘电容焊缝跟踪传感器。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该旋转边缘电容焊缝跟踪传感器，包括上端盖、绝缘套、驱动电机、旋转编码器、电磁场屏蔽层、电容基板、信号处理模块；所述的旋转编码器在驱动电机的下方，驱动电机由电机支架支撑，并由螺钉固定在电机支架上；所述的电磁场屏蔽层设于旋转编码器的下方，电容基板的上方，且电磁场屏蔽层固定在绝缘套上，与电机轴相对转动；所述的电容基板设于电磁场屏蔽层的下方，并通过绝缘套筒嵌套与电机轴上，与电机轴进行同步旋转；基板电路和旋转编码器电路经由绝缘外壳连接于上端盖。

更具体地说，所述的旋转电容传感器主要由激励电极极板9、接收电极极板11、两极板间的绝缘层10和绝缘层组成,电容基板采用圆盘形结构，其激励电极采用单平面环形结构，接收电极采用半环形结构，接收电极和激励电极之间由绝缘层隔开。电容基板通过绝缘套筒嵌套于电机轴上，与电机轴进行同步旋转。

所述的旋转电容传感器的电容基板通过驱动电机带动，进行往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态。数据转换和处理电路将电容传感器采集到的焊缝位置信息进行转换和处理，之后再将处理的信号输送给驱动控制电路，进行十字滑架对焊枪相对于焊缝位置的纠偏调节，从而实现焊枪对焊缝的实时跟踪。

所述的旋转电容传感器的旋转编码器的光耦固定在传感器的绝缘套上，光栅与电机轴进行同步旋转，当电机轴进行一百八十度往复旋转时，电容传感器每一时刻所采集的焊缝偏差信息都会对应一个旋转编码器此时旋转的角度，通过信号处理模块即可得到焊枪跟踪方向与焊缝偏离方向之间的夹角，通过驱动控制电路控制十字滑块进行偏差信息的补偿，即可实现焊缝的跟踪。

所述的旋转电容传感器的信息处理模块包括信号放大电路、信号补偿电路、信号整形电路、信号拟合电路以及滤波降噪电路。

所述的旋转电容传感器的机理特征是：利用环形电容基板上激励电极与接收电极之间产生的边缘效应作为焊接区域的检测场，通过驱动电机的往复运转，边缘效应电场就会旋转扫描焊缝区域，传感器头部与工件之间距离的变化能够转化为传感器输出电压的变化，当传感器扫描过焊缝位置时会输出相应的电压信号峰值，电压信号峰值就是焊缝的中心位置，当传感器相对焊缝的位置发生相对偏离时，就会输出不同的电压信号波形，因此可以通过电压峰值信号的变化判断焊缝中心的位置，传感器对中焊缝时旋转半周输出的波形和传感器左右偏离时旋转半周输出的波形会有明显的区别。

所述的旋转电容传感器的特征是：当驱动电机带动电容基板往复运转时，针对不同的坡口或者不同焊缝偏差状态时，将产生不同的调制信号，该信号通过传感器内部的信号处理模块后，将信号进行解调，输出坡口或者焊缝偏差所对应的信号状态，再将处理的信号输送给驱动控制电路，进行十字滑架对焊枪相对于焊缝位置的纠偏调节，从而实现焊枪对焊缝的实时跟踪。

附图说明