[发明专利]一种旋转超声波-电弧复合式焊缝跟踪方法

说明书

一种旋转超声波‑电弧复合式焊缝跟踪方法，它主要是解决单个传感器受到焊接现场的电场及磁场等复杂工况的干扰，导致焊缝跟踪精度低、焊接质量差、系统容错率低等问题。其技术方案主要是：该方法采用超声波‑电弧复合式传感器，由锥齿轮传动机构驱动焊枪产生旋转运动，双侧超声波发射模块同时旋转形成旋转超声波扫描V形坡口，对采样数据分别采用温度补偿算法对数据进行补正和最小二乘法进行拟合并得出两种焊缝偏差信息，将两种焊缝偏差信息采用双变量自适应系数加权算法进行信息融合，得到最优焊缝偏差e，输入到PLC中采用PID控制对焊缝偏差通过十字滑架、焊接小车对焊接过程进行闭环控制，最终实现焊缝的精确跟踪。

技术领域

本发明涉及到一种旋转超声波-电弧复合式焊缝跟踪方法，该方法应用于焊接自动跟踪领域。

背景技术

焊接被广泛应用于机械制造、汽车制造及配件、航空航天、船舶制造等多个行业，为了保证焊接产品质量的稳定性和提高焊接效率，改善焊工的工作环境，人们不断地提高焊接自动化的水平，其核心就是发展焊缝自动跟踪系统及方法。在焊接过程中会产生大量弧光干扰和焊接电弧短路使得电流信号含有很多短路尖峰和噪声等干扰，再加上焊接现场的电场及磁场等复杂工况的干扰，单个传感器组成的焊缝跟踪系统难以克服焊接过程中各种不确定因素对焊缝偏差信息提取的影响，焊缝跟踪失败的可能性较大。将多种不同的传感器有机结合，是解决复杂环境下焊缝跟踪的有效途径，也是焊接自动化发展的必然趋势，多传感信息融合技术在军事运用方面取得了较大的发展，但在自动化焊接系统的焊缝跟踪中研究较少。

针对上述问题，设计了一种旋转超声波-电弧复合式焊缝跟踪方法，主要是解决单个传感器受到焊接现场的电场及磁场等复杂工况的干扰，导致焊缝跟踪精度低、焊接质量差、系统容错率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、抗干扰能力强、跟踪精度高、稳定性好、灵敏性高的基于超声波传感器和电弧传感器的焊缝跟踪系统及方法。由于超声波传感器对焊接过程中产生的强光以及电、磁场等干扰不敏感，但温度对声波有一定干扰，因此要使用温度补偿算法对其进行温度补偿，即可适用于各种复杂工况，再结合电弧传感器实时性能好，响应迅速等特点，提出了超声波-电弧复合式焊缝跟踪方法，对采样数据分别采用温度补偿算法对数据进行补正和最小二乘法进行拟合并得出两种焊缝偏差信息，将两种焊缝偏差信息采用双变量自适应系数加权算法进行信息融合，得到最优焊缝偏差e，最终实现焊缝的精确跟踪。该方法能有效避免单传感器在复杂工况下提取焊缝偏差精度低甚至是失效等情况，提高了系统的容错率和焊缝跟踪精度，信息融合算法简单且实用性强，为多传感信息融合技术在焊接自动化控制中提供理论参考。

本发明针对上述问题采用的技术方案如下：该系统由环形超声波接收阵列模块，双侧超声波发射模块，温度传感器，电弧传感器，锥齿轮传动机构，伺服电机，焊接电源，环形数据采集及处理模块，焊枪，PLC，十字滑架，焊接小车所组成，该方法采用超声波-电弧复合式传感器，由锥齿轮传动机构驱动焊枪产生旋转运动，双侧超声波发射模块同时旋转形成旋转超声波扫描V形坡口，数据采集及处理模块对环形超声波接收阵列模块进行数据采样，对采样数据采用温度补偿算法对数据进行补正并得出焊缝偏差信息，数据采集模块对电弧传感器输出信号进行数据采样，对采样数据采用最小二乘法进行拟合并得出焊缝偏差信息；将两种焊缝偏差信息采用双变量自适应系数加权算法进行信息融合，得到最优焊缝偏差e，输入到PLC中采用PID控制对焊缝偏差通过十字滑架、焊接小车对焊接过程进行闭环控制，最终实现焊缝的精确跟踪。