CN114393279A - 一种采用双mems磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置 - Google Patents
一种采用双mems磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种采用双MEMS磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置。该传感装置包括实时MEMS磁场强度传感器检测***、双MEMS数据处理***、液压‑音圈电机耦合调节***、磁控电弧传感器、焊接***等部分。磁感线圈缠绕在套筒上，激励电源使磁感线圈产生磁场，通过装载在焊枪上的两个同一高度但在焊枪轴线两侧的MEMS磁场强度传感器所测得的磁场强度进行判断，沿焊缝方向前后各一个，并且不会有垂直于焊缝方向的偏差，通过液压‑音圈电机耦合调节***，使两侧磁极以焊枪对中，保证焊枪中部位于磁场轴线上。改变电流方向从而改变磁场方向，使得电弧在洛伦兹力的牵引下扫描焊缝，经电弧传感器提取电弧信息，再通过焊缝跟踪实时调节机构判断焊缝跟踪偏差，进而调节焊接路径和焊接参数，实施对焊缝的自动跟踪。
Description
技术领域
本文涉及焊接自动化技术领域，发明了一种利用MEMS传感器作为反馈量来实施磁控电弧传感器磁场对中，保证焊枪轴线位于磁场中心。具体的说，是一种利用双MEMS磁场强度传感器辅助磁控电弧传感器的焊缝跟踪传感***。
技术背景
磁控电弧技术是依据电磁感应原理，产生外加磁场对焊接过程进行控制。目前，国内外学者对磁控焊接技术进行了大量研究。在不同工艺中施加不同类型的磁场，达到提高焊缝质量的目的。磁控焊接技术正逐步往智能化、自动化、高效化等方向发展。
陈树军等研制了一种旋转磁场发生装置。这种装置通过改变励磁线圈的励磁转换频率和励磁电流大小来调节磁场的旋转频率和磁场强度，产生一个转速和场强连续可调的空间旋转磁场，并利用此旋转磁场来控制焊接电弧。这种装置能方便的通过参数调节改变磁场，但不方便改变励磁线圈位置和磁场位置。液压装置具有推力大、无极调节等特点，而音圈电机具有精度高、推力小、响应快等特点。两者结合能有效利用两者各自的优点，达到快速、准确控制励磁线圈位置和磁场位置。
磁场是通过电弧在磁场中受到洛伦兹力来影响焊接过程。磁控焊接技术往焊接自动化、智能化等方向发展，就需考虑如，如何控制好磁场，使其满足焊接的需求。微机电***(MEMS)具有体积小、质量轻、成本小等多种优点，广泛应用于高精尖领域。目前将MEMS传感器与焊接自动化相结合的，有基于MEMS传感器的摆动电弧空间焊缝跟踪方法(申请号201610312379.9)中利用陀螺仪和加速度计进行焊枪空间姿态的识别。但其通过焊枪摆动来使电弧摆动，与本文通过磁场使电弧摆动有本质区别。其并未将MEMS磁场强度传感器应用于磁控电弧传感器上，也并未有相应调节算法和调节机构。采用双MEMS磁场强度传感器，能有效测出两个磁极产生的磁场强度在两个磁极磁场强度差值，便于液压-音圈电机耦合调节***通过相应算法调节磁极。如何使磁控电弧传感器两侧磁场自动化对称分布还是一个亟待解决的问题，更没有将MEMS磁场强度传感器用于自动化磁场对中上，并且做到精确、快速实现磁场对中。本发明将MEMS磁场强度传感器、磁控电弧传感器和液压-音圈电机耦合调节***结合，拓展了磁控电弧焊缝跟踪传感器的应用，弥补了磁场对中这一空白，为进一步调节磁极高度和磁极端部角度提供基础。
发明内容
针对现有的焊接技术中磁控电弧装置自动化的问题，本发明提出一种采用双MEMS磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置。使其产生的磁场以焊枪轴线对称的方法，并且还可调节磁极位置，改变磁场位置，通过改变磁感线圈的电流方向，改变磁场方向，使电弧摆动扫描焊缝。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：参考附图1、2，该装置包括双MEMS磁场强度传感器、液压-音圈电机耦合调节***、双MEMS数据处理***、励磁线圈、铁芯、焊接***等部分组成。磁场激励电源向两个磁感线圈输出特定的直流产生磁场，两个磁极上的磁感线圈通电电流方向不同，从而在焊接空间产生闭合的磁场线。并且由于磁感线圈缠绕在硅套筒上，可以起到聚磁的作用，使得摆动的角度更大。然后双MEMS磁场强度传感器实时检测磁场强度送往双MEMS数据处理***，对处理后的数据作出判断，将判断结果及调节速度反馈到液压-音圈电机耦合调节***，液压-音圈电机耦合调节***根据得到的数据结果对两侧磁极进行调整，实现两侧磁极以焊枪轴线对称，使磁场分布也以焊枪轴线对称，并实现快速、精确调节的目的。
参见附图2，本发明中1为双MEMS磁场强度传感器，2为铁芯，3为线圈，4为焊枪。双MEMS磁场强度传感器位于焊枪前后各一个，与磁极相对，可检测到带有铁芯的通电线圈产生的磁场，为磁极调节提供判据。
本发明的磁场发生装置是依靠磁场激励电源给磁感线圈通电产生横向磁场。
本发明所述的磁场激励电源是为交流电源，可根据实际焊接中的焊缝情况来调节电流大小进而改变磁场大小，影响电弧的摆动角度。改变电源频率来调节摆动方向。
本发明选择液压-音圈电机耦合调节处于如下考虑：液压装置的推力大，而音圈电机的推力较小，因而在粗调时，液压装置是将磁极和音圈电机当做整体一起调节，在接近目标位置后，液压-音圈电机耦合调节***切换为精调后，由推力小、精度高的音圈电机进行主调节，能够达到快速磁场对中的目的。
参考附图3，本发明中液压-音圈电机耦合调节机构位于一支撑平台上，音圈电机位于液压装置之上。在液压装置进行粗调时，音圈电机也会被随之一起移动，待切换为音圈电机主调节、液压装置辅助调节之后，磁极进入微调阶段。如果两侧磁场的差值小于等于某一值时，液压-音圈电机耦合调节***将液压装置调节切换为音圈电机主调节，通过液压装置实现粗调，音圈电机实现精确调节。
本发明工作原理如下:
图1为结构示意图，磁感线圈通电后，会产生磁场，利用双MEMS磁场强度传感器检测***可检测到两侧磁场强度信号，双MEMS数据处理***可由检测的信号判断两侧磁极的不对称性，使液压-音圈电机耦合调节***采用合适的速度调节两侧磁极，待两侧磁场差值小于等于某一值时液压-音圈电机耦合调节***切换调节装置，达到快速、高精度调节，实现磁场以焊枪对称分布。
参考附图4、5，磁极调节算法有如下几部分：磁极设定，可设定一侧磁极不动，调节另一侧磁极，或使一侧磁极到达指定位置，调节另一侧磁极对中。当两侧磁场强度的差值小于等于某一给定的精度ε0(与激励电流有关)时，两侧磁极都不调，反之则调节。调节方向判断，调节磁极判断完成后，如果是前侧磁极不动，调节后侧磁极，则判断E1与E2的差值，若E1>E2，则向内调节后侧磁极，反之向外调节后侧磁极；如果是后侧磁极不动，调节前侧磁极，则判断E1与E2的差值，若E1>E2，则向外调节前侧磁极，反之向内调节前侧磁极。如果没有设定磁极不动，即同时调节两侧磁极。磁极调节算法使得既可以手动进行磁场对中，也可实现半自动或自动对中，实现对磁场位置的调节。
本发明有效解决了将磁控电弧技术应用于焊接时磁场不以焊枪轴线对分布的问题，实现了磁场自动化及半自动化对中，便于调节磁控电弧焊接时的磁场，拓展了磁控电弧技术的应用范围。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图
图2为外置式双MEMS传感器位置示意图
图3为本发明的液压-音圈电机耦合调节装置示意图
图4为调节算法流程图
图5为手动调节算法图
图中1为双MEMS磁场强度传感器(两侧各一个)；2为铁芯；3为励磁线圈；4为焊枪；5为音圈电机；6为液压装置；7为调节装置支撑平台
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明
参见附图1，本发明实施例的总体结构示意图，一种基于双MEMS传感器磁场控制电弧的焊缝跟踪传感***其工作流程如下：通过搭载于焊枪上的双MEMS磁场强度传感器检测***检测磁控电弧传感器的磁场强度，将检测到的两侧磁场强度实时送往双MEMS数据处理***，***结合人为操作指令作出判断后，将指令传达到液压-音圈电机耦合调节***，液压-音圈电机耦合调节***以合适的速度调节磁极，根据实时检测到的磁场强度不断调节直至到达两侧磁极以焊枪轴线对称分布的位置。磁极调节对中完成后，焊接开始，磁场作用于电弧，焊枪作用于工件。
参见附图2，本发明实施例中1为双MEMS磁场强度传感器，2为铁芯，3为线圈，4为焊枪。双MEMS磁场强度传感器位于焊枪前后各一个，与磁极相对，可检测到带有铁芯的通电线圈产生的磁场，为磁极调节提供判据。
可通过改变线圈所加电流大小，改变磁场的强度大小，进而改变电弧扫描焊缝的摆弧大小。所需公式如下：
上式中R为电子在磁场中做圆周运动的半径，m为电子的质量，v为电子的纵向速度，q为电子所带的电荷量，B为感应磁场的大小。
本实施例采用液压-音圈电机耦合调节***，如果两侧磁场的差值小于等于某一值时，液压-音圈电机耦合调节***将液压装置调节切换为音圈电机主调节，通过液压装置实现粗调，音圈电机实现精确调节。
参加附图3，本发明实施例中液压-音圈电机耦合调节机构位于一支撑平台上，音圈电机位于液压装置之上。在液压装置进行粗调时，音圈电机也会被随之一起移动，待切换为音圈电机主调节、液压装置辅助调节之后，磁极进入微调阶段。
参见附图4、5，本实施例的磁极调节算法有如下几部分：磁极设定，可设定一侧磁极不动，调节另一侧磁极，或使一侧磁极到达指定位置，调节另一侧磁极对中。当两侧磁场强度的差值小于等于某一给定的精度ε0时，两侧磁极都不调，反之则调节。调节方向判断，调节磁极判断完成后，如果是前侧磁极不动，调节后侧磁极，则判断E1与E2的差值，若E1>E2，则向内调节后侧磁极，反之向外调节后侧磁极；如果是后侧磁极不动，调节前侧磁极，则判断E1与E2的差值，若E1>E2，则向外调节前侧磁极，反之向内调节前侧磁极。如果没有设定磁极不动，即同时调节两侧磁极。
磁极对中调节完成后，焊接开始，磁控电弧作用于工件中的焊缝，进行焊接。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种采用双MEMS磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置,该传感装置主要包括实时MEMS磁场强度传感器检测***、双MEMS数据处理***、液压-音圈电机耦合调节***、磁控电弧传感器、焊接***等。其特征在于：根据装载于焊枪上的外置式双MEMS磁场强度传感器判别磁场强度，将信号送往双MEMS数据处理***，磁极调节算法根据测得的两个磁场强度的不同，判断哪一侧进行移动校准，之后反馈给液压-音圈电机耦合调节***，使得液压-音圈电机耦合调节***控制两个磁极以焊枪轴线对中，保证焊枪两侧磁场以焊枪轴线对称分布，保证焊接时坡口的磁场是对称分布。同时既可以手动进行磁场对中，也可实现半自动或自动对中，还可实现磁场位置的调节。
2.根据权利要求1所述的一种采用双MEMS磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置，其特征在于：磁极调节算法有如下几部分：磁极设定，可设定一侧磁极不动，调节另一侧磁极，或使一侧磁极到达指定位置，调节另一侧磁极对中。当两侧磁场强度的差值小于等于某一给定的精度ε0(与激励电流有关)时，两侧磁极都不调，反之则调节。调节方向判断，调节磁极判断完成后，如果是前侧磁极不动，调节后侧磁极，则判断E1(前侧MEMS磁场强度传感器测得的磁场强度)与E2(后侧MEMS磁场强度传感器测得的磁场强度)的差值，若E1>E2，则向内调节后侧磁极，反之向外调节后侧磁极；如果是后侧磁极不动，调节前侧磁极，则判断E1与E2的差值，若E1>E2，则向外调节前侧磁极，反之向内调节前侧磁极。如果没有设定磁极不动，则同时调节两侧磁极。
3.根据权利要求1、2所述的一种采用双MEMS磁场强度传感器的磁控电弧焊缝跟踪传感装置，其特征在于：液压-音圈电机耦合调节***有如下模式：采用液压-音圈电机耦合调节***，如果两侧磁场的差值小于等于某一值时，调节***将液压装置调节切换为音圈电机调节，通过液压装置实现粗调，音圈电机实现精确调节。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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