CN108247251A - 采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接设备领域，具体涉及一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法，包括工作台、电压比较模块、控制器、X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置，Y轴移动装置的移动部前端安装有焊枪和脉冲涡流探头，脉冲涡流探头内设有霍尔传感器A和霍尔传感器B，霍尔传感器A和霍尔传感器B均电连接至信号调理模块，信号调理模块的输出端依次通过数据采集模块、电压比较模块电连接至控制器，控制器用于根据电压比较模块的电压差值大小，控制焊枪移动至焊缝中心线上并焊接。本发明的有益效果是：可以实现自动调整路径，避免焊接过程中焊缝出现较大偏差，可以实时检测并自动补偿偏差，提高了焊接质量。

Description

采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法

技术领域

本发明属于焊接设备领域，具体涉及一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法。

背景技术

焊缝自动跟踪***可以保证焊接质量、提高生产效率、改善工人劳动强度，但由于工件尺寸误差、夹具定位误差、工件焊接过程中热变形和三坐标平台运动轨迹误差等原因，带动焊炬的三坐标平台或者机器人不会自动调整路径，致使焊接过程中焊缝出现较大偏差，导致焊缝质量急剧下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可以实现自动调整路径，避免焊接过程中焊缝出现较大偏差，可以实时检测并自动补偿偏差，提高了焊接质量的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，包括工作台、电压比较模块和控制器，工作台上水平安装有X轴移动装置，X轴移动装置的移动部上竖直安装有Z轴移动装置，Z轴移动装置的移动部上安装有Y轴移动装置；X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置的移动方向相互垂直，Y轴移动装置的移动部前端安装有焊枪和脉冲涡流探头，焊枪和脉冲涡流探头均沿焊缝线布置，焊枪和脉冲涡流探头的电源输入端均连接至同一开关电源，脉冲涡流探头包括环形磁芯，环形磁芯内环向设有激励线圈，环形磁芯的内孔中设有霍尔传感器A和霍尔传感器B，霍尔传感器A和霍尔传感器B关于环形磁芯的内孔中心线对称，霍尔传感器A和霍尔传感器B的中心线连线和焊缝中心线垂直，霍尔传感器A和霍尔传感器B的感应面均朝向环形磁芯的内孔壁，霍尔传感器A和霍尔传感器B均电连接至信号调理模块，信号调理模块的输出端依次通过数据采集模块、电压比较模块电连接至控制器，数据采集模块的另一输出端还电路连接至控制器，控制器用于根据电压比较模块的电压差值大小，控制X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置的移动部移动并使焊枪移动至焊缝中心线上并焊接。

脉冲涡流检测是将占空比为一定值的方波信号(脉冲激励信号)，该信号施加在激励线圈上，从而形成快速衰减磁场，进而感应出脉冲涡流在被测焊件中进行传播，电磁感应下，形成快速衰减感生磁场，再在磁场叠加下，形成空间磁场扰动，空间磁场扰动经霍尔传感器感应出瞬态感应电压。若检测的表面上有焊缝存在，则会导致激励线圈上的感应电压发生改变。由于脉冲频谱很宽，感应电压信号中包含有焊缝的重要信息，因此特别适合用来提取焊缝位置参数。脉冲涡流通常为了实现对焊缝的定量检测一般提取峰值和过零时间两个特征。焊缝长度的变化会引起峰值变化，焊缝深度会引起过零时间的变化，通过提取峰值和过零时间就可实现对焊缝位置参数的检测。

本发明的X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置形成三维机器人平台，焊枪、脉冲涡流探头、X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置分别和控制器电连接。脉冲涡流探头安装在焊枪的正前方，始终与焊枪保持绝对安全距离。另外，脉冲涡流探头不局限于安装在三维机器人平台上，还可以安装在任意一轴的移动装置上。

脉冲涡流探头的几何尺寸影响其灵敏度：探头高度越高，其灵敏度越高；探头的宽度越宽，其灵敏度越高；而探头灵敏度随内径先增大后减小。其中对灵敏度的影响较大的三个因素，从高到低依次为探头宽度、高度、内径。综合考虑试件的宽度和霍尔传感器的大小，尽可能地提高脉冲涡流探头检测的灵敏度，设计了如图3所示的检测探头。该激励线圈的外径为26mm；内径为9mm；高度为7mm。霍尔传感器A和霍尔传感器B置于环形磁芯底部中心处，用它测量磁场的垂直分量的变化值，并分别发送给信号调理模块；信号调理模块将两个电压信号调整为电压幅值，并发送至数据采集模块；数据采集模块提取两个电压幅值中的瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块，电压比较模块将对应霍尔传感器A和霍尔传感器B的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较，判断焊枪所偏方向，然后对其进行调整。

脉冲涡流探头内部采用双霍尔探头。本发明主要针对的是V型剖口直线焊缝。通过电压比较模块比较霍尔传感器A和霍尔传感器B所检测的峰值，控制器来判断焊枪处于焊缝上方的位置，只有两个幅值大概相等时(可以有稍微误差)，焊枪处于焊缝正中心。此时控制器记住焊缝中心的电压峰值，下一步焊缝焊接过程中，会将刚检测的峰值视作参考值，通过两个霍尔传感器检测的峰值变化来判断焊枪偏移情况，确定偏差方向，即正偏差或负偏差增大还是减小的趋势。针对存在噪声干扰的情况，采用优化后的卡尔曼滤波算法(Kalman滤波方法)算出偏差值并进行A/D转换，将偏差数值传送给三维平台或机器人。

另外，控制器还可保存当前偏差值，并与上次值进行比较，当偏差较大时，补偿灵敏度会提高很大，也就是纠偏速度会提高很大；偏差较小时，纠偏速度会降低。

本发明的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，可以实现自动调整路径，避免焊接过程中焊缝出现较大偏差，可以实时检测并自动补偿偏差，自动纠正偏差至较小的范围内，提高了焊接质量。

具体地，X轴移动装置包括第一轨道，第一轨道的一端安装有第一伺服电机，第一轨道内设有第一丝杠，第一伺服电机的输出轴同轴固定第一丝杠，第一丝杠螺纹连接有第一滑块，第一滑块滑动连接于第一轨道上；Z轴移动装置包括竖直固定于第一滑块上的第二轨道，第二轨道的上端安装有第二伺服电机，第二轨道内设有第二丝杠，第二伺服电机的输出轴同轴固定第二丝杠，第二丝杠螺纹连接有第二滑块，第二滑块滑动连接于第二轨道上；Y轴移动装置包括第三轨道和滑动连接于第三轨道上的第三滑块，第三滑块固定连接于第二滑块上，第三轨道内设有第三丝杠，第三轨道的一端安装有第三伺服电机，第三伺服电机的输出轴同轴固定第三丝杠，第三滑块螺纹连接于第三丝杠上；焊枪和脉冲涡流探头均安装于第三轨道的另一端。在本发明的三坐标机器人平台上，三个坐标系上的动作相互之间并不干涉，也不影响焊接的进行，结构简单，方便实施。

进一步地，第三轨道的另一端上竖直安装有W轴减速电机，W轴减速电机的输出轴上水平安装有R轴减速电机，焊枪和脉冲涡流探头安装于R轴减速电机的输出轴上。其中，W轴减速电机控制焊枪左右旋转，R轴减速电机控制焊枪前后旋转，进一步增加了本发明的两个坐标位置上的调整，形成了五轴机器人，焊枪的位置调整更精细，并且调整范围更大。

具体地，激励线圈的输入端电路连接至方波脉冲信号发生模块，方波脉冲信号发生模块产生的方波信号电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5。产生的方波信号稳定，参数便于控制。本发明的采用模块化的思想，即将型号为DG1022U的方波脉冲信号发生模块、信号调理模块、脉冲涡流探头和数据采集模块组成检测***。其中，脉冲涡流探头上的激励脉冲信号由方波脉冲信号发生模块产生，信号调理模块主要将检测的信号进行放大和滤波，形成稳定的电压幅值。由于在焊接中，脉冲涡流探头检测的实际信号存在杂波信号，该杂波信号会影响实验数据的正确采集，进而影响实验跟踪效果，所以必须采取方法通过信号调理模块将其进行消除，信号放大和滤波是数据采集前的一个重要环节。脉冲涡流探头由激励线圈、霍尔传感器A和霍尔传感器B组成。数据采集模块采用16位、采样频率为100KHz的PCI9111采集卡。

本发明对采集的信号数据进行处理，处理过程为：霍尔传感器A和霍尔传感器B的数据的采集，信号调理模块的降噪、滤波以及数据采集模块的特征量提取。

优选地，激励线圈呈圆环形，外径为22mm，内径为11mm，高度为5mm，线圈的线径为0.29mm，匝数为600，线圈内阻为10Ω。

进一步地，数据采集模块为16位、采样频率为100KHz的PCI9111采集卡。

另外，一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的纠偏方法，其包括焊缝跟踪流程操作，焊缝跟踪流程操作包括如下步骤，

步骤一：打开所有设备，方波脉冲信号发生模块输出电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5；将焊件放置于工作台的上方，然后使脉冲涡流探头距离焊件一定高度；控制器控制X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置的移动部移动，同时打开开关电源，焊枪进行焊接；

步骤二：霍尔传感器A和霍尔传感器B采集对应焊缝中心的激励线圈上的电压信号，并分别发送给信号调理模块；信号调理模块将两个电压信号调整为电压幅值，并发送至数据采集模块；数据采集模块提取两个电压幅值中的瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块；

步骤三：电压比较模块将对应霍尔传感器A和霍尔传感器B的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器，控制器进行分析；若A>B,控制器判定为焊枪左偏，控制器提取数据采集模块中的霍尔传感器A相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器根据偏差值控制焊枪右移；若A<B,控制器判定为焊枪右偏，控制器提取数据采集模块中的霍尔传感器B相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器控制焊枪左移；若A＝B，则控制器判定为焊枪不偏；若焊接继续，则返回步骤二并继续操作；若焊接结束，则关闭开关电源，关闭所有设备。

本发明的焊缝跟踪流程操作流程简单，可由装置自动进行纠偏，操作方便。

进一步地，在进行步骤一之前，还进行焊接前静态测量操作，焊接前静态测量操作包括如下步骤：

a.首先将焊件放置于工作台的上方，然后使脉冲涡流探头距离焊件一定高度；控制器控制X轴移动装置、Z轴移动装置和Y轴移动装置的移动部移动以使脉冲涡流探头做垂直于焊缝方向上的运动，垂直于焊缝方向的移动装置进行左右移动；打开开关电源，开启霍尔传感器A和霍尔传感器B，霍尔传感器A和霍尔传感器B同步地采集对应焊缝中心的激励线圈上的电压信号，并分别发送给信号调理模块；

b.信号调理模块将电压信号进行中值滤波和最值算术平均值去噪，形成电压幅值；

c.信号调理模块的电压幅值通过数据采集模块进入控制器中进行差分处理,处理后的数据返回至数据采集模块，数据采集模块提取并保存瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块；

d.电压比较模块将对应霍尔传感器A和霍尔传感器B的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器，控制器进行分析；若A>B,控制器判定为脉冲涡流探头左偏，控制器提取数据采集模块中的霍尔传感器A相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法(径向基神经网络结合卡尔曼滤波方法)算出偏差值，控制器根据偏差值控制脉冲涡流探头右移；若A<B,控制器判定为脉冲涡流探头右偏，控制器提取数据采集模块中的霍尔传感器B相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器控制脉冲涡流探头左移；若A＝B，则控制器判定为脉冲涡流探头处于焊缝中心，不需调整。

本发明的焊接前静态测量操作中，可预先进行调节脉冲涡流探头的位置，后续检测更精确。

综上所述，本发明的操作步骤如下：

1.打开所有设备、机械装置电源和检测***电源，方波脉冲信号发生模块输出电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5。

2.首先将焊件放置于工作台的上方，然后使脉冲涡流探头距离焊件一定高度。紧接着设置垂直于焊缝方向的移动装置进行左右移动(必须要经过焊缝)，电压比较模块对双霍尔传感器的检测的峰值信号进行实时读取并比较，当两值相等时(可结合所需精度，在一定范围内调整)，此时的值为焊缝中心处的电压峰值，动作停止，控制器记忆所读数据。

3.设置焊缝机器人移动方向和距离，进行焊缝焊接。

4.焊缝焊接过程中，控制器软件实时读取数据，为了使采集数据更加准确，信号调理模块对数据进行滤波优化，并通过采用径向基神经网络结合卡尔曼滤波的方法，降低噪声及其他因素对采集数据的影响。

5.数据采集模块读出优化后的数据后,提取并保存瞬态信号波形的峰值和过零时间,发送给电压比较模块，电压比较模块比较两个霍尔传感器检测的峰值，控制器通过两个霍尔传感器检测的峰值变化来判断焊枪偏移情况，确定偏差方向。A大则焊枪呈左偏状态，焊枪右移；反之，焊枪右偏左移。

6.有偏差后，将数据进行A/D转换，数值传送给三维平台或机器人控制端，并保存当前偏差值，并与上次值进行比较，当偏差较大时，补偿灵敏度会提高很大，也就是纠偏速度会提高很大。偏差较小时，纠偏速度会降低。

7.焊接结束。

本发明的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置及方法的有益效果是：可以实现自动调整路径，避免焊接过程中焊缝出现较大偏差，可以实时检测并自动补偿偏差，自动纠正偏差至较小的范围内，提高了焊接质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的激励线圈上瞬态信号波形图；

图2是本发明的的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的激励线圈焊缝路径纠偏装置的三维结构图；

图3是图2中A部分的局部放大图；

图4是本发明的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的脉冲涡流探头的结构简图；

图5是本发明的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的方法的焊缝跟踪流程操作的流程框图；

图6是本发明的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的方法的焊接前静态测量操作的流程框图。

其中:1.工作台；2.电压比较模块；3.控制器；4.X轴移动装置，401.第一轨道，402.第一伺服电机，403.第一滑块；5.Z轴移动装置，501.第二轨道，502.第二伺服电机，503.第二滑块；6.Y轴移动装置，601.第三轨道，602.第三滑块，603.第三伺服电机；7.焊枪；8.脉冲涡流探头；9.环形磁芯；10.激励线圈；11.霍尔传感器A；12.霍尔传感器B；13.信号调理模块；14.数据采集模块；15.W轴减速电机；16.R轴减速电机；17.方波脉冲信号发生模块；18.开关电源。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图6所示的本发明的一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的具体实施例，其包括工作台1、电压比较模块2和控制器3，工作台1上水平安装有X轴移动装置4，X轴移动装置4的移动部上竖直安装有Z轴移动装置5，Z轴移动装置5的移动部上安装有Y轴移动装置6；X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6的移动方向相互垂直，Y轴移动装置6的移动部前端安装有焊枪7和脉冲涡流探头8，焊枪7和脉冲涡流探头8均沿焊缝线布置，焊枪7和脉冲涡流探头8的电源输入端均连接至同一开关电源18，脉冲涡流探头8包括环形磁芯9，环形磁芯9内环向设有激励线圈10，环形磁芯9的内孔中设有霍尔传感器A11和霍尔传感器B12，霍尔传感器A11和霍尔传感器B12关于环形磁芯9的内孔中心线对称，霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的中心线连线和焊缝中心线垂直，霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的感应面均朝向环形磁芯9的内孔壁，霍尔传感器A11和霍尔传感器B12均电连接至信号调理模块13，信号调理模块13的输出端依次通过数据采集模块14、电压比较模块2电连接至控制器3，数据采集模块14的另一输出端还电路连接至控制器3，控制器3用于根据电压比较模块2的电压差值大小，控制X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6的移动部移动并使焊枪7移动至焊缝中心线上并焊接。

脉冲涡流检测是将占空比为一定值的方波信号(脉冲激励信号)，该信号施加在激励线圈10上，从而形成快速衰减磁场，进而感应出脉冲涡流在被测焊件中进行传播，电磁感应下，形成快速衰减感生磁场，再在磁场叠加下，形成空间磁场扰动，空间磁场扰动经霍尔传感器感应出瞬态感应电压。若检测的表面上有焊缝存在，则会导致激励线圈10上的感应电压发生改变。由于脉冲频谱很宽，感应电压信号中包含有焊缝的重要信息，因此特别适合用来提取焊缝位置参数。脉冲涡流通常为了实现对焊缝的定量检测一般提取峰值和过零时间两个特征，激励线圈10上瞬态信号波形如图1所示。焊缝长度的变化会引起峰值变化，焊缝深度会引起过零时间的变化，通过提取峰值和过零时间就可实现对焊缝位置参数的检测。

本实施例的X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6形成三维机器人平台，焊枪7、脉冲涡流探头8、X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6分别和控制器3电连接。脉冲涡流探头8安装在焊枪7的正前方，始终与焊枪7保持绝对安全距离。另外，脉冲涡流探头8不局限于安装在三维机器人平台上，还可以安装在任意一轴的移动装置上。

脉冲涡流探头8的几何尺寸影响其灵敏度：探头高度越高，其灵敏度越高；探头的宽度越宽，其灵敏度越高；而探头灵敏度随内径先增大后减小。其中对灵敏度的影响较大的三个因素，从高到低依次为探头宽度、高度、内径。综合考虑试件的宽度和霍尔传感器的大小，尽可能地提高脉冲涡流探头8检测的灵敏度，设计了如图3所示的检测探头。该激励线圈10的外径为26mm；内径为9mm；高度为7mm。霍尔传感器A11和霍尔传感器B12置于环形磁芯9底部中心处，用它测量磁场的垂直分量的变化值，并分别发送给信号调理模块13；信号调理模块13将两个电压信号调整为电压幅值，并发送至数据采集模块14；数据采集模块14提取两个电压幅值中的瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块2，电压比较模块2将对应霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较，判断焊枪7所偏方向，然后对其进行调整。

脉冲涡流探头8内部采用双霍尔探头。本实施例主要针对的是V型剖口直线焊缝。通过电压比较模块2比较霍尔传感器A11和霍尔传感器B12所检测的峰值，控制器3来判断焊枪7处于焊缝上方的位置，只有两个幅值大概相等时(可以有稍微误差)，焊枪7处于焊缝正中心。此时控制器3记住焊缝中心的电压峰值，下一步焊缝焊接过程中，会将刚检测的峰值视作参考值，通过两个霍尔传感器检测的峰值变化来判断焊枪偏移情况，确定偏差方向，即正偏差或负偏差增大还是减小的趋势。针对存在噪声干扰的情况，采用优化后的卡尔曼滤波算法(Kalman滤波方法)算出偏差值并进行A/D转换，将偏差数值传送给三维平台或机器人。

另外，控制器3还可保存当前偏差值，并与上次值进行比较，当偏差较大时，补偿灵敏度会提高很大，也就是纠偏速度会提高很大；偏差较小时，纠偏速度会降低。

本实施例的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，可以实现自动调整路径，避免焊接过程中焊缝出现较大偏差，可以实时检测并自动补偿偏差，自动纠正偏差至较小的范围内，提高了焊接质量。

具体地，X轴移动装置4包括第一轨道401，第一轨道401的一端安装有第一伺服电机402，第一轨道401内设有第一丝杠，第一伺服电机402的输出轴同轴固定第一丝杠(图中未示出)，第一丝杠螺纹连接有第一滑块403，第一滑块403滑动连接于第一轨道401上；Z轴移动装置5包括竖直固定于第一滑块403上的第二轨道501，第二轨道501的上端安装有第二伺服电机502，第二轨道501内设有第二丝杠(图中未示出)，第二伺服电机502的输出轴同轴固定第二丝杠，第二丝杠螺纹连接有第二滑块503，第二滑块503滑动连接于第二轨道501上；Y轴移动装置6包括第三轨道601和滑动连接于第三轨道601上的第三滑块602，第三滑块602固定连接于第二滑块503上，第三轨道601内设有第三丝杠(图中未示出)，第三轨道601的一端安装有第三伺服电机603，第三伺服电机603的输出轴同轴固定第三丝杠，第三滑块602螺纹连接于第三丝杠上；焊枪7和脉冲涡流探头8均安装于第三轨道601的另一端。在本实施例的三坐标机器人平台上，三个坐标系上的动作相互之间并不干涉，也不影响焊接的进行，结构简单，方便实施。

进一步地，第三轨道601的另一端上竖直安装有W轴减速电机15，W轴减速电机15的输出轴上水平安装有R轴减速电机16，焊枪7和脉冲涡流探头8安装于R轴减速电机16的输出轴上。其中，W轴减速电机15控制焊枪7左右旋转，R轴减速电机16控制焊枪7前后旋转，进一步增加了本实施例的两个坐标位置上的调整，形成了五轴机器人，焊枪7的位置调整更精细，并且调整范围更大。

具体地，激励线圈10的输入端电路连接至方波脉冲信号发生模块17，方波脉冲信号发生模块17产生的方波信号电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5。产生的方波信号稳定，参数便于控制。本实施例的采用模块化的思想，即将型号为DG1022U的方波脉冲信号发生模块17、信号调理模块13、脉冲涡流探头8和数据采集模块14组成检测***。其中，脉冲涡流探头8上的激励脉冲信号由方波脉冲信号发生模块17产生，信号调理模块13主要将检测的信号进行放大和滤波，形成稳定的电压幅值。由于在焊接中，脉冲涡流探头8检测的实际信号存在杂波信号，该杂波信号会影响实验数据的正确采集，进而影响实验跟踪效果，所以必须采取方法通过信号调理模块13将其进行消除，信号放大和滤波是数据采集前的一个重要环节。脉冲涡流探头8由激励线圈10、霍尔传感器A11和霍尔传感器B12组成。数据采集模块采用16位、采样频率为100KHz的PCI9111采集卡。

本实施例对采集的信号数据进行处理，处理过程为：霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的数据的采集，信号调理模块13的降噪、滤波以及数据采集模块14的特征量提取。

优选地，激励线圈10呈圆环形，外径为22mm，内径为11mm，高度为5mm，线圈的线径为0.29mm，匝数为600，线圈内阻为10Ω。

进一步地，数据采集模块14为16位、采样频率为100KHz的PCI9111采集卡。

另外，一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的纠偏方法，其包括焊缝跟踪流程操作，焊缝跟踪流程操作包括如下步骤，

步骤一：打开所有设备，方波脉冲信号发生模块17输出电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5；将焊件放置于工作台1的上方，然后使脉冲涡流探头8距离焊件一定高度；控制器3控制X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6的移动部移动，同时打开开关电源18，焊枪7进行焊接；

步骤二：霍尔传感器A11和霍尔传感器B12采集对应焊缝中心的激励线圈10上的电压信号，并分别发送给信号调理模块13；信号调理模块13将两个电压信号调整为电压幅值，并发送至数据采集模块14；数据采集模块14提取两个电压幅值中的瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块2；

步骤三：电压比较模块2将对应霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器3，控制器3进行分析；若A>B,控制器3判定为焊枪7左偏，控制器3提取数据采集模块14中的霍尔传感器A11相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器3根据偏差值控制焊枪7右移；若A<B,控制器3判定为焊枪7右偏，控制器3提取数据采集模块14中的霍尔传感器B12相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器3控制焊枪7左移；若A＝B，则控制器3判定为焊枪7不偏；若焊接继续，则返回步骤二并继续操作；若焊接结束，则关闭开关电源18，关闭所有设备。

本实施例的焊缝跟踪流程操作流程简单，可由装置自动进行纠偏，操作方便。

进一步地，在进行步骤一之前，还进行焊接前静态测量操作，焊接前静态测量操作包括如下步骤：

a.首先将焊件放置于工作台1的上方，然后使脉冲涡流探头8距离焊件一定高度；控制器3控制X轴移动装置4、Z轴移动装置5和Y轴移动装置6的移动部移动以使脉冲涡流探头8做垂直于焊缝方向上的运动，垂直于焊缝方向的移动装置进行左右移动；打开开关电源18，开启霍尔传感器A11和霍尔传感器B12，霍尔传感器A11和霍尔传感器B12同步地采集对应焊缝中心的激励线圈10上的电压信号，并分别发送给信号调理模块13；

b.信号调理模块13将电压信号进行中值滤波和最值算术平均值去噪，形成电压幅值；

c.信号调理模块13的电压幅值通过数据采集模块14进入控制器3中进行差分处理,处理后的数据返回至数据采集模块14，数据采集模块14提取并保存瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块2；

d.电压比较模块2将对应霍尔传感器A11和霍尔传感器B12的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器3，控制器3进行分析；若A>B,控制器3判定为脉冲涡流探头8左偏，控制器3提取数据采集模块14中的霍尔传感器A11相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法(径向基神经网络结合卡尔曼滤波方法)算出偏差值，控制器3根据偏差值控制脉冲涡流探头8右移；若A<B,控制器3判定为脉冲涡流探头8右偏，控制器3提取数据采集模块14中的霍尔传感器B12相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器3控制脉冲涡流探头8左移；若A＝B，则控制器3判定为脉冲涡流探头8处于焊缝中心，不需调整。

本实施例的焊接前静态测量操作中，可预先进行调节脉冲涡流探头8的位置，后续检测更精确。

综上所述，本实施例的操作步骤如下：

1.打开所有设备、机械装置电源和检测***电源，方波脉冲信号发生模块17输出电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5。

2.首先将焊件放置于工作台1的上方，然后使脉冲涡流探头8距离焊件一定高度。紧接着设置垂直于焊缝方向的移动装置进行左右移动(必须要经过焊缝)，电压比较模块2对双霍尔传感器的检测的峰值信号进行实时读取并比较，当两值相等时(可结合所需精度，在一定范围内调整)，此时的值为焊缝中心处的电压峰值，动作停止，控制器3记忆所读数据。

3.设置焊缝机器人移动方向和距离，进行焊缝焊接。

4.焊缝焊接过程中，控制器3软件实时读取数据，为了使采集数据更加准确，信号调理模块13对数据进行滤波优化，并通过采用径向基神经网络结合卡尔曼滤波的方法，降低噪声及其他因素对采集数据的影响。

5.数据采集模块14读出优化后的数据后,提取并保存瞬态信号波形的峰值和过零时间,发送给电压比较模块2，电压比较模块2比较两个霍尔传感器检测的峰值，控制器3通过两个霍尔传感器检测的峰值变化来判断焊枪7偏移情况，确定偏差方向。A大则焊枪7呈左偏状态，焊枪7右移；反之，焊枪7右偏左移。

6.有偏差后，将数据进行A/D转换，数值传送给三维平台或机器人控制端，并保存当前偏差值，并与上次值进行比较，当偏差较大时，补偿灵敏度会提高很大，也就是纠偏速度会提高很大。偏差较小时，纠偏速度会降低。

7.焊接结束。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：包括工作台(1)、电压比较模块(2)和控制器(3)，所述工作台(1)上水平安装有X轴移动装置(4)，X轴移动装置(4)的移动部上竖直安装有Z轴移动装置(5)，Z轴移动装置(5)的移动部上安装有Y轴移动装置(6)；所述X轴移动装置(4)、Z轴移动装置(5)和Y轴移动装置(6)的移动方向相互垂直，所述Y轴移动装置(6)的移动部前端安装有焊枪(7)和脉冲涡流探头(8)，所述焊枪(7)和脉冲涡流探头(8)均沿焊缝线布置，所述焊枪(7)和脉冲涡流探头(8)的电源输入端均连接至同一开关电源(18)，所述脉冲涡流探头(8)包括环形磁芯(9)，所述环形磁芯(9)内环向设有激励线圈(10)，所述环形磁芯(9)的内孔中设有霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)，所述霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)关于环形磁芯(9)的内孔中心线对称，所述霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)的中心线连线和焊缝中心线垂直，所述霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)的感应面均朝向环形磁芯(9)的内孔壁，所述霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)均电连接至信号调理模块(13)，所述信号调理模块(13)的输出端依次通过数据采集模块(14)、电压比较模块(2)电连接至控制器(3)，所述数据采集模块(14)的另一输出端还电路连接至控制器(3)，所述控制器(3)用于根据电压比较模块(2)的电压差值大小，控制X轴移动装置(4)、Z轴移动装置(5)和Y轴移动装置(6)的移动部移动并使焊枪(7)移动至焊缝中心线上并焊接。

2.根据权利要求1所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：所述X轴移动装置(4)包括第一轨道(401)，所述第一轨道(401)的一端安装有第一伺服电机(402)，所述第一轨道(401)内设有第一丝杠，所述第一伺服电机(402)的输出轴同轴固定第一丝杠，所述第一丝杠螺纹连接有第一滑块(403)，所述第一滑块(403)滑动连接于第一轨道(401)上；所述Z轴移动装置(5)包括竖直固定于第一滑块(403)上的第二轨道(501)，所述第二轨道(501)的上端安装有第二伺服电机(502)，所述第二轨道(501)内设有第二丝杠，所述第二伺服电机(502)的输出轴同轴固定第二丝杠，所述第二丝杠螺纹连接有第二滑块(503)，所述第二滑块(503)滑动连接于第二轨道(501)上；所述Y轴移动装置(6)包括第三轨道(601)和滑动连接于第三轨道(601)上的第三滑块(602)，所述第三滑块(602)固定连接于第二滑块(503)上，所述第三轨道(601)内设有第三丝杠，所述第三轨道(601)的一端安装有第三伺服电机(603)，所述第三伺服电机(603)的输出轴同轴固定第三丝杠，所述第三滑块(602)螺纹连接于第三丝杠上；所述焊枪(7)和脉冲涡流探头(8)均安装于第三轨道(601)的另一端。

3.根据权利要求2所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：所述第三轨道(601)的另一端上竖直安装有W轴减速电机(15)，所述W轴减速电机(15)的输出轴上水平安装有R轴减速电机(16)，所述焊枪(7)和脉冲涡流探头(8)安装于R轴减速电机(16)的输出轴上。

4.根据权利要求1所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：所述激励线圈(10)的输入端电路连接至方波脉冲信号发生模块(17)，所述方波脉冲信号发生模块(17)产生的方波信号电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5。

5.根据权利要求3所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：所述激励线圈(10)呈圆环形，外径为22mm，内径为11mm，高度为5mm，线圈的线径为0.29mm，匝数为600，线圈内阻为10Ω。

6.根据权利要求3所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置，其特征在于：所述数据采集模块(14)为16位、采样频率为100KHz的PCI9111采集卡。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的纠偏方法，其特征在于，包括焊缝跟踪流程操作，所述焊缝跟踪流程操作包括如下步骤，

步骤一：打开所有设备，方波脉冲信号发生模块(17)输出电压为10V，频率为100HZ，占空比为0.5；将焊件放置于工作台(1)的上方，然后使脉冲涡流探头(8)距离焊件一定高度；所述控制器(3)控制X轴移动装置(4)、Z轴移动装置(5)和Y轴移动装置(6)的移动部移动，同时打开开关电源(18)，焊枪(7)进行焊接；

步骤二：所述霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)采集对应焊缝中心的激励线圈(10)上的电压信号，并分别发送给信号调理模块(13)；所述信号调理模块(13)将两个电压信号调整为电压幅值，并发送至数据采集模块(14)；所述数据采集模块(14)提取两个电压幅值中的瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块(2)；

步骤三：所述电压比较模块(2)将对应霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器(3)，所述控制器(3)进行分析；若A>B,所述控制器(3)判定为焊枪(7)左偏，控制器(3)提取数据采集模块(14)中的霍尔传感器A(11)相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器(3)根据偏差值控制焊枪(7)右移；若A<B,控制器(3)判定为焊枪(7)右偏，控制器(3)提取数据采集模块(14)中的霍尔传感器B(12)相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器(3)控制焊枪(7)左移；若A＝B，则控制器(3)判定为焊枪(7)不偏；若焊接继续，则返回步骤二并继续操作；若焊接结束，则关闭开关电源(18)，关闭所有设备。

8.根据权利要求7所述的采用双霍尔传感器的激励线圈焊缝路径纠偏装置的纠偏方法，其特征在于，在进行步骤一之前，还进行焊接前静态测量操作，所述焊接前静态测量操作包括如下步骤：

a.首先将焊件放置于工作台(1)的上方，然后使脉冲涡流探头(8)距离焊件一定高度；控制器(3)控制X轴移动装置(4)、Z轴移动装置(5)和Y轴移动装置(6)的移动部移动以使脉冲涡流探头(8)做垂直于焊缝方向上的运动，垂直于焊缝方向的移动装置进行左右移动；打开开关电源(18)，开启霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)，霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)同步地采集对应焊缝中心的激励线圈(10)上的电压信号，并分别发送给信号调理模块(13)；

b.信号调理模块(13)将电压信号进行中值滤波和最值算术平均值去噪，形成电压幅值；

c.信号调理模块(13)的电压幅值通过数据采集模块(14)进入控制器(3)中进行差分处理,处理后的数据返回至数据采集模块(14)，数据采集模块(14)提取并保存瞬态信号波形的峰值和过零时间，并发送给电压比较模块(2)；

d.所述电压比较模块(2)将对应霍尔传感器A(11)和霍尔传感器B(12)的瞬态信号波形的峰值和过零时间进行电压比较,并将比较结果发送至控制器(3)，控制器(3)进行分析；若A>B,控制器(3)判定为脉冲涡流探头(8)左偏，控制器(3)提取数据采集模块(14)中的霍尔传感器A(11)相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器(3)根据偏差值控制脉冲涡流探头(8)右移；若A<B,控制器(3)判定为脉冲涡流探头(8)右偏，控制器(3)提取数据采集模块(14)中的霍尔传感器B(12)相应的瞬态信号波形的峰值和过零时间，通过RBF-Kalman滤波方法算出偏差值，控制器(3)控制脉冲涡流探头(8)左移；若A＝B，则控制器(3)判定为脉冲涡流探头(8)处于焊缝中心，不需调整。