專利名稱：焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感檢測(cè)方法及裝置，尤其是一種非接觸式、智能化、集焊縫位置檢測(cè)和焊槍距離工件的相對(duì)高度的跟蹤檢測(cè)為一體的焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
焊接是人們進(jìn)行科研生產(chǎn)活動(dòng)常用到的一種加工手段，為了保證焊接質(zhì)量，隨著焊接自動(dòng)化的發(fā)展，焊縫自動(dòng)跟蹤顯得越來越重要。人們采用編程來跟蹤控制焊接過程中焊縫的運(yùn)動(dòng)軌跡，但由于工件的加工誤差、熱變形、夾具的不精確等因素，得來的軌跡也未必總是焊縫的實(shí)際位置。自動(dòng)跟蹤的工作原理是由傳感器檢測(cè)得到的信息，經(jīng)處理后用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍與工件的相對(duì)位置，確保焊槍的左右偏移量和懸浮高低波動(dòng)量在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)跟蹤。目前能夠?qū)笜尵嚯x工件的相對(duì)高度跟蹤檢測(cè)傳感器，有接觸式和非接觸式兩種，接觸式的觸桿接觸和電極接觸，由于觸桿長(zhǎng)期與工作摩擦，會(huì)導(dǎo)致壽命縮短，非接觸式的有電磁式、渦流式以及光學(xué)式等，這類傳感器體積大、可靠性不夠高，抗沖擊能力差。上述傳感器還有一個(gè)共同的不足，既是功能單一，能檢測(cè)焊縫則不能檢測(cè)焊槍距離工件的相對(duì)高度；反之能檢測(cè)焊槍距離工件的相對(duì)高度的不能檢測(cè)焊縫。本發(fā)明人在先申請(qǐng)的專利號(hào)ZL200320116511.7、名稱為永磁式巨磁磁阻焊槍與工件的相對(duì)位置檢測(cè)傳感器，也只能檢測(cè)焊槍距離工件的相對(duì)高度。因此，發(fā)明一種既能檢測(cè)焊縫，又能檢測(cè)距離工件的高度的傳感檢測(cè)方法和實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，對(duì)發(fā)展高質(zhì)量自動(dòng)化焊接意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要向公眾提供一種檢測(cè)精度高、可靠性強(qiáng)、能同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接加工自動(dòng)化過程中焊縫變化軌跡檢測(cè)和焊槍與工件之間的高度跟蹤檢測(cè)的一種焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法及其裝置。
本發(fā)明的傳感檢測(cè)方法在于采用焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器同步跟蹤檢測(cè)焊槍與工件之間的高度和焊縫變化軌跡，具體步驟如下(1)信號(hào)的獲取將焊縫位置檢測(cè)、焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器置于焊縫的上方，并與焊槍平行安裝，能敏感出特納級(jí)微弱磁場(chǎng)的GMR敏感頭，隨焊槍與工作之間的氣隙磁通量變化而變化；同時(shí)高頻反射接收傳感器將電磁波發(fā)射出去，碰到工件后便會(huì)反射或折射，接收器捕捉到該回波信號(hào)；(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換將GMR敏感頭捕捉到的焊槍與工件之間的氣隙磁通量的變化轉(zhuǎn)換成電位差變化；同時(shí)高頻反射接收傳感器捕捉到的非電物理信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(3)信號(hào)處理將步驟(2)所捕捉到的信號(hào)分別輸入到貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊兩個(gè)輸入端，經(jīng)信號(hào)濾波、放大、單片嵌入式數(shù)據(jù)采集處理器處理可獲得相應(yīng)的焊槍與工件相對(duì)高度的變化量和焊槍與焊縫軌跡的相對(duì)偏移變化量，通過焊槍與工件相對(duì)高度的變化量可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整范圍大小，實(shí)現(xiàn)焊槍懸浮高度跟蹤，通過焊槍與焊縫軌跡的相對(duì)偏移變化量，以便焊槍正確、可靠跟蹤焊縫，達(dá)到智能化焊接的目的。
用于實(shí)現(xiàn)焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法的裝置為焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤雙功能傳感器，主要由GMR敏感頭、永磁體、高頻反射接收傳感器、電路模塊、航空插座頭和外殼組成，GMR敏感頭為5×2.5mm四柵至5×10.0mm二十四柵的高技術(shù)GMR巨磁制成的敏感磁頭，兩個(gè)5×2.5mm四柵至5×10.0mm二十四柵的高技術(shù)GMR巨磁制成的GMR敏感頭固裝在外殼內(nèi)腔的底部，在外殼內(nèi)腔的底部?jī)蒅MR敏感頭之間配裝有高頻反射式接收傳感器，兩永磁體分別固裝在兩GMR敏感頭上方，距GMR敏感頭6mm～10mm，電路模塊為貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊，GMR敏感頭的信號(hào)輸出端和高頻反射式接收傳感器的信號(hào)輸出端分別與固裝在外殼內(nèi)腔的貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊兩個(gè)輸入端連接，航空插座頭固裝在外殼的端蓋上，貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊的輸出電纜線與航空插座頭連接。
本發(fā)明采用的永磁體其剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×103至50×103Gs的NdFeB或SmCo永磁體。
所述的高頻反射接收傳感器主要由U1ICL8038、U20P07和U3 OP07以及U4LM1875器件組成，由U1ICL8038和R1、R2、R3、R4、R5、C1元件構(gòu)成正弦交流振蕩器，信號(hào)由C2的輸出，C2的負(fù)極與U2OP07的第3腳連接，U2OP07的第6腳為正弦信號(hào)的輸出端與R7連接，R7的另一端與U3OP07的第4腳連接，U3OP07的第6腳與U4LM1875的第1腳連接，發(fā)射器接到U4LM1875的第4腳，即輸出端。
所述貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊主要包括濾波、放大電路、單片嵌入式數(shù)據(jù)采集處理器和RS-488輸出接口電路。
本發(fā)明采用了GMR巨磁敏感磁頭，它的靈敏度很高，可以極容易的敏感出納特級(jí)微弱磁場(chǎng)，GMR器件隨焊槍與工件(母材)之間的氣隙磁通量變化而變化，通過GMR上的電位差變化可獲得焊槍與工件的相對(duì)高度跟蹤；通過高頻反射接收傳感器的電平變化可以獲得焊槍與焊縫軌跡的相對(duì)偏移變化量，以便焊槍正確、可靠跟蹤焊縫，達(dá)到智能化焊接目的。它集焊縫位置檢測(cè)和焊槍距離工件的相對(duì)高度跟蹤檢測(cè)敏感頭和放大電路以及高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、輸出接口電路為一體，實(shí)現(xiàn)了焊接過程中焊縫跟蹤和焊槍與工件之間相對(duì)高度跟蹤的同步檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、抗沖擊強(qiáng)度高、體積小、性價(jià)比高。焊槍懸浮度高檢測(cè)范圍為0～15mm，焊縫寬度檢測(cè)范圍為0～10mm，安裝調(diào)試方便、實(shí)用。


圖1是本發(fā)明的電氣原理框圖；圖2是本發(fā)明檢測(cè)裝置的主視圖；圖3是本發(fā)明檢測(cè)裝置的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明檢測(cè)裝置的電氣原理圖；圖5為本發(fā)明的高頻反射接收傳感器的電氣原理圖。
圖中1、8GMR敏感頭，2、7永磁體，3高頻反射式接收傳感器，4貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊，5航空插座頭，6外殼具體實(shí)施例方式如圖2所示，兩GMR敏感頭(1)和(8)與高頻反式射接收傳感器(3)位于外殼(6)內(nèi)腔的底部，GMR敏感頭(1)和(8)由5×2.5mm四柵的巨磁磁阻GMR制成，并用高強(qiáng)度的橡膠劑將它牢固地粘接在襯底上。將剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×103的NdFeB永磁體(2)和(7)裝在GMR敏感頭(1)和(8)的上方，兩者之間的距離為6mm。GMR敏感頭(1)和(8)的工作電源由高精度穩(wěn)壓模塊供給，它的輸出端與貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的輸入端用導(dǎo)線連接起來，然后再用一條四芯同軸電纜與外部連接，電纜中兩根用于通信接口電路的輸出，另外兩根用于電源。將貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)輸出的兩根電纜線用焊接方法將它們固定在XS12型航空插座(5)上，該插座(5)用螺釘與外殼的端蓋連接，該端可拆卸，端蓋和外殼(6)也是用兩顆M3的螺釘固定，電源線和信號(hào)線為1.5m長(zhǎng)，這些引線的兩端分別接在XS12型航空插座頭(5)上，通電調(diào)試，GMR敏感頭(1)和(8)工作電源為5V DC，工作電流小于10mA。高頻反射式接收傳感器(3)的工作電源為±15V DC，工作電流1.0A。高頻反射接收傳感器(3)的輸出與貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的輸入端連接。參數(shù)調(diào)整好之后，在殼內(nèi)澆鑄環(huán)氧樹脂，將貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)與GMR敏感磁頭(1)和(8)、高頻反射接收傳感器(3)、永磁體(2)和(7)固定為一體。
如圖5所示高頻反射接收傳感器(3)主要由U1ICL8038、U2OP07和U3OP07以及U4LM1875器件組成。U1ICL8038和R1、R2、R3、R4、R5、C1元件構(gòu)成正弦交流振蕩器，信號(hào)由C2的輸出，C2的負(fù)極與U2OP07的第3腳連接，U2OP07的第6腳為正弦信號(hào)的輸出端，該端與R7連接，R7的另一端與U3OP07的第4腳連接，U3OP07起將來自R7的正弦信號(hào)放大的作用，信號(hào)被放大后，從U3OP07的第6腳輸出，并與U4LM187的第1腳連接，U4LM1875起功率放大的作用，發(fā)射器接到U4LM187的第4腳，即輸出端，發(fā)射器高頻電磁發(fā)射出去，碰到物體后便會(huì)反射或折射，接收器捕捉到該回波信號(hào)，然后送貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的輸入端。
檢測(cè)時(shí)將焊縫位置檢測(cè)、焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器置于焊縫的上方，GMR敏感頭(1)能敏感出焊槍咀和被焊接位置特納級(jí)微弱磁場(chǎng)，其物理特性隨焊槍與工作之間的氣隙磁通量變化而變化；同時(shí)高頻反射接收傳感器(3)將電磁發(fā)射出去，碰到工件后便會(huì)反射或折射，接收器捕捉到該回波信號(hào)；將焊槍懸浮高度GMR敏感頭(1)捕捉到的焊槍與工件之間的氣隙磁通量變化轉(zhuǎn)換成電位差變化后，從貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的電阻R94輸入，經(jīng)電容C91濾波后，再路經(jīng)電阻R92流入U(xiǎn)9TLC4501的第2和第3端，經(jīng)過U9TLC4501放大后，從U9TLC4501的6端輸出，然后與微處理器U1C8051F的第9引腳相連接，該信號(hào)攜帶的信息經(jīng)U1處理后，再由該芯片的第55引腳端傳輸給U43488E芯片，最后信息從U43488E的5、6兩引腳端輸出，從而實(shí)現(xiàn)焊槍懸浮高度智能化檢測(cè)；同時(shí)，將高頻反射接收傳感器(3)捕捉到的非電物理信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的電阻R84的一端輸入，經(jīng)電容C81濾波后，再經(jīng)電阻R82流入U(xiǎn)8TLC4501的第2和3端，經(jīng)過U8TLC4501放大后，從U8TLC4501的6端輸出，然后與U1C8051F的第10腳相連，該信號(hào)攜帶的信息經(jīng)U1C8051F處理，并得到偏移結(jié)果，該結(jié)果由U1C8051F的第55引腳端傳輸給U43488E芯片，最終經(jīng)過U43488E芯片的5、6兩引腳端輸出，從而實(shí)現(xiàn)焊槍偏離焊縫中心變化程度智能化檢測(cè)。
該檢測(cè)方法及其傳感器主要用來實(shí)現(xiàn)黑色金屬焊接過程中焊縫跟蹤和焊槍與工件之間相對(duì)高度跟蹤的同步檢測(cè)，達(dá)到高質(zhì)量自動(dòng)化焊接目的。
權(quán)利要求
1.焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法，其特征是采用焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器同步跟蹤檢測(cè)焊槍與工件之間的高度和焊縫變化軌跡，具體步驟如下(1)信號(hào)的獲取將焊縫位置檢測(cè)、焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器置于焊縫的上方，并與焊槍平行安裝，能敏感出特納級(jí)微弱磁場(chǎng)的GMR敏感頭，隨焊槍與工作之間的氣隙磁通量變化而變化；同時(shí)高頻反射接收傳感器將電磁波發(fā)射出去，碰到工件后便會(huì)反射或折射，接收器捕捉到該回波信號(hào)；(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換將GMR敏感頭捕捉到的焊槍與工件之間的氣隙磁通量的變化轉(zhuǎn)換成電位差變化；同時(shí)高頻反射接收傳感器捕捉到的非電物理信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；(3)信號(hào)處理將步驟(2)所捕捉到的信號(hào)分別輸入到貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊兩個(gè)輸入端，經(jīng)信號(hào)濾波、放大、單片嵌入式數(shù)據(jù)采集處理器處理可獲得相應(yīng)的焊槍與工件相對(duì)高度的變化量和焊槍與焊縫軌跡的相對(duì)偏移變化量，通過焊槍與工件相對(duì)高度的變化量可以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整范圍大小，實(shí)現(xiàn)焊槍懸浮高度跟蹤，通過焊槍與焊縫軌跡的相對(duì)偏移變化量，以便焊槍正確、可靠跟蹤焊縫，達(dá)到智能化焊接的目的。
2.一種用于焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)的焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器，包括GMR敏感頭(1、8)、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×103至50×103Gs的NdFeB或SmCo永磁體(2、7)、電路模塊、航空插座頭(5)和外殼(6)，兩個(gè)5×2.5mm四柵至5×10.0mm二十四柵的高技術(shù)GMR巨磁制成的GMR敏感頭(1、8)固裝在外殼(6)內(nèi)腔的底部，其特征是在外殼(6)內(nèi)腔的底部?jī)蒅MR敏感頭(1、8)之間配裝有高頻反射式接收傳感器(3)，兩永磁體(2、7)分別固裝在兩GMR敏感頭(1、8)上方，距GMR敏感頭(1、8)6mm～10mm，電路模塊為貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)，GMR敏感頭(1、8)的信號(hào)輸出端和高頻反射式接收傳感器(2、7)的信號(hào)輸出端分別與固裝在外殼(6)內(nèi)腔的貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的兩個(gè)輸入端連接，貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)的輸出電纜線與固裝在外殼(6)端蓋上的航空插座頭(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器，其特征是高頻反射接收傳感器(3)主要由U1ICL8038、U20P07和U30P07以及U4LM1875器件組成，由U1ICL8038和R1、R2、R3、R4、R5、C1元件構(gòu)成正弦交流振蕩器，信號(hào)由C2的輸出，C2的負(fù)極與U20P07的第3腳連接，U20P07的第6腳為正弦信號(hào)的輸出端與R7連接，R7的另一端與U30P07的第4腳連接，U30P07的第6腳與U4LM1875的第1腳連接，發(fā)射器接到U4LM1875的第4腳，即輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊縫位置檢測(cè)焊槍懸浮高度跟蹤檢測(cè)雙功能傳感器，其特征是所述的貼裝式集成運(yùn)算放大電路、高精度單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RS-488輸出接口電路模塊(4)主要包括濾波、放大電路、單片嵌入式數(shù)據(jù)采集處理器和RS-488輸出接口電路。
全文摘要
焊縫位置和焊槍懸浮高度同步跟蹤傳感檢測(cè)方法及其裝置，該裝置包括外殼，配裝在外殼內(nèi)腔底部的兩個(gè)GMR敏感頭、位于兩敏感頭之間的高頻反射接收傳感器和位于兩敏感頭上方的永磁體以及電路模塊和配裝在外殼端蓋上的航空插座頭組成。本發(fā)明檢測(cè)方法將GMR敏感頭捕捉到的焊槍與工件之間的氣隙磁通量轉(zhuǎn)換成電位差變化，經(jīng)信號(hào)濾波、放大、單片嵌入式數(shù)據(jù)采集處理器處理獲得焊槍與工件相對(duì)高度的變化量，實(shí)現(xiàn)焊槍懸浮高度跟蹤；同時(shí)，高頻發(fā)射接收傳感器得到的非電物理信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，獲得焊槍與焊縫軌跡相對(duì)偏移變化量，以便焊槍正確、可靠跟蹤焊縫的目的。本發(fā)明數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，檢測(cè)精度高、抗干擾、抗沖擊、體積小、性價(jià)比高。安裝調(diào)試方便、實(shí)用。
文檔編號(hào)G01B7/00GK1978115SQ20051002224
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者朱名日, 蔣存波 申請(qǐng)人:桂林電子工業(yè)學(xué)院