[其他]焊接过程中监测工件坡口和装配状况的光电传感方法

说明书

本发明属于焊接自动化。

在金属构件的自动焊接过程中，如何准确地识别待焊接头，保证焊接电弧与焊缝的自动对中，是提高焊接产品质量与焊接自动化水平的关键问题之一。随着各种新型光源和光电灵敏器件的发展，越来越多地采用光电传感方法来获取焊缝位置和坡口形状等信号。光电传感方法的主要优点是传感灵敏度高，传感器不与工件接触，不象电磁传感器那样易受外界电磁场及工件错边等因素的影响。随着光传输技术的发展，进一步使光电传感器趋于小型化、实用化。但是，对各种类型的光电传感系统来说，共同的问题是如何有效地克服背景幅射光（尤其是气体保护焊中的强烈电弧光）的干扰。迄今为止，采用较多的方法有：机械屏蔽、滤光片匹配以及信号处理中的补偿等，如西德阿亨工业大学焊接研究所P.Drews教授等在《弧焊中采用光学方法进行焊缝自动跟踪》（《Automatic    seam    tracking    in    arc    welding    by    an    optical    method》。原载《Advanced    welding    technology》1975）所述。但是，在强烈的电弧光背景下，机械屏蔽很难有效地防止光电器件接收干扰光;而且，由于电弧光频谱宽，滤光片也只能对干扰光成分起一定的衰减作用，在许多场合下仍然免不了使信号电压被背景光产生的强干扰电压所淹没。如果不能有效地克服干扰光对传感系统的影响，轻则会影响系统的工作精度，严重时则会使整个系统失控而无法使用。

本发明的目的是研制一种能克服干扰光对信号电压影响的光电传感方法。

本发明的构成是，通过采用光电调制方法，直接对各种信号光源（如He-Ne气体激光器、半导体激光器、半导体红外发光器等）进行调制处理;同时采用“自适应干扰信号消除法”进一步克服“调制型”干扰光的影响（“调制型”干扰光见下面说明）。

为便于说明本发明的具体内容，将附图首先说明如下：

图1，为光电传感监测焊件坡口及装配状况示意图。

其中，图（a）为光源信号发射与接收的传感示意图;

图（b）为传感器横向扫瞄时的工作状态图;

图（c）为传感器横向扫瞄时信号电压波形图;

图（d）为传感器监测工件高低位置变化的工作状态图;

图（e）为焊接工件位置高低与输出信号电压的关系。

S为传感器，1为光源，2为聚焦镜筒，3为光电管组，

4为被测工件。

G1、G2、G3分别为光电管组中的光电管。

H1、H2、H3分别表示工件高低不同的三种位置状况。

U表示输出电压座标，H为工件高度的座标，X为传感器与工件在水平方向上相对位置关系的横座标。

+U_m，-U_m分别为光电管G2、G3的输出信号经处理后的电压值。

O₁、O₂、O₃分别为入射光在工件表面的光点位置。

图2为光电传感系统的工作原理图。

13为对光源进行调制的激励源;

14为光源;3为光电管组;

4为被测工件;5为反相器;

6为模拟电子开关;7为采样保持及调节器;

8为加法器;9为选频滤波器;

10为解调器;11为阈值处理器;

12为带动传感器的执行机构。

K₁、K₂、K₃分别为模拟电子开关〔6〕的三个输入-输出端口;1N1，1N2、1N3分别是对应于K₁、K₂、K₃的三个电平控制端。

图3是光电管组〔3〕接收光信号后输出的电压信号波形图，图中：

U_g为接收背景干扰光所产生的输出信号值

U G 1]]>为只接收信号调制光所产生的输出信号幅值