1、傳感器在焊縫跟蹤過程中的應(yīng)用引言我們這學(xué)期學(xué)習(xí)了傳感器與檢測(cè)技術(shù) 。了解到了傳感器在現(xiàn)代生產(chǎn)生活 中起著越來 越重要的作用 ，同時(shí)在焊接過程中也越來越受到重視。現(xiàn)在的焊接要求 精 確化，智能化，自動(dòng)化,在這些要求中往往離不開一個(gè)重要的技術(shù) 傳感器技術(shù) ，本文 我們就來研究傳感器 在焊接過程中的應(yīng)用。、傳感器根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB7665-87, 傳感器定義為 ：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī) 律 轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件裝置。傳感器作為檢測(cè)工具 ，要求檢測(cè)研究對(duì)象的物 理或化 學(xué)的信息 ，其工作過程要求穩(wěn)定、可靠、精度高 ，所以對(duì)傳感器有以下幾個(gè)要 求：(1 適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)傳感器一般工作環(huán)境

2、十分廣 ，從極寒至酷熱地區(qū) ，許多在露天環(huán)境下工作 ，能抗 飛 沙走石、灰塵 ，還應(yīng)耐潮濕 ，較高的抗鹽類腐蝕、酸性腐蝕的能力 ，有抗污染氣體干 擾 的能力 ，能適應(yīng)在高溫、極寒、強(qiáng)烈振動(dòng)、沖擊以及在其他條件下正常工作的能力，還應(yīng)抗噪聲能力 強(qiáng)，信噪比高。(2 價(jià)格適中 ，適于大批量生產(chǎn)要求傳感器一致性好 ，適宜自動(dòng)化批量生產(chǎn) ，對(duì)加工設(shè)備有較高要求 ，以便排除 人 工操作帶來的不一致性和失誤。(3 穩(wěn)定性和可靠性高傳感器是一種高精度檢測(cè)儀器 ， 在軍事、航空、航天中應(yīng)用都有嚴(yán)格要求 ，產(chǎn) 品都須經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試才能應(yīng)用。所以傳感器生產(chǎn)是一種高新技術(shù)的具體運(yùn)用和體現(xiàn)。一種傳感器是否有較高的技術(shù)附加

3、值體現(xiàn)在所包含的技術(shù)含量和加工工藝的 技術(shù)是 否高新。有部分傳感器由于其應(yīng)用環(huán)境的狀況需金屬封裝 ，一般采用焊接密封 ， 如壓力傳 感 器、力傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、溫度傳感器等 ， 這類傳感器內(nèi)部有敏 感元件 和集成電路 ，充惰性氣體或抽真空與外界隔絕 ，有耐壓、氣密性要求 ， 另有焊 接強(qiáng)度要 求和漏氣率要求 ，對(duì)焊接質(zhì)量要求高 ，而且焊接過程中要求變形小 ， 不能對(duì) 內(nèi)部元件和 微電路有損壞。目 前傳感器密封焊接有電阻焊、鎢極氬弧焊、等離子 弧焊、電子束焊和 激光焊。所謂焊縫跟蹤 ，即以焊炬為被控對(duì)象 ，電弧（焊炬相對(duì)于焊縫中心位置的偏差 作為 被調(diào)量 ， 通過視覺傳感、接觸傳感

4、、超聲波傳感、電弧傳感等多種傳感測(cè)量手段，控制焊炬使其在 整個(gè)焊接過程中始終與焊縫對(duì)口。 其中接觸式傳感是依靠在 坡口中滾動(dòng)或滑動(dòng)的觸指將焊槍與焊縫之間的位置偏差反映到檢測(cè)器內(nèi) ， 并利用檢 測(cè)器 內(nèi)裝的微動(dòng)開關(guān)判斷偏差的極性 ，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、不受電弧煙塵和飛 濺的影響 ， 但是對(duì)不同形式的坡口需用不同探頭 ，磨損大，易變形 ，點(diǎn)固點(diǎn)障礙難以克 服。超聲波 傳感是利用發(fā)射出的超聲波在金屬內(nèi)傳播時(shí) 在界面產(chǎn)生發(fā)射原理制成 的,是一種比較先進(jìn) 的焊縫跟蹤傳感器 ，應(yīng)用在跟蹤系統(tǒng)中 ，跟蹤的實(shí)時(shí)性好。 但是 由于傳感器要貼近工件 ， 不可避免地會(huì)受到焊接方法和工件尺寸等的嚴(yán)格 限制。另 外需

5、要考慮外界震動(dòng)、 傳播 時(shí)間等因素 ， 對(duì)金屬表面狀況要求高 ，其應(yīng)用范圍也就 受到限制。視覺傳感具有提供信 息量豐富 ，靈敏度和測(cè)量精度高 ，抗電磁場(chǎng)干擾能力 強(qiáng)， 與工件無接觸的優(yōu)點(diǎn)。但是算 法復(fù)雜 ，處理速度慢。隨著電弧傳感技術(shù)的發(fā)展 ，焊縫跟蹤引入了電弧傳感技術(shù) ， 電弧傳感器作為一種 實(shí) 時(shí)傳感的器件與其它類型的傳感器相比 ，具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低和響應(yīng)快等特點(diǎn) , 是焊 接傳感器的一個(gè)重要的發(fā)展方向 ， 具有強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用前景主要應(yīng)用在兩 方面 :一方 面主要用 在弧焊機(jī)器人上 ，另一方面主要用在帶有十字滑塊的自動(dòng)焊 上。本文對(duì)國內(nèi)外 焊縫跟蹤系統(tǒng)電弧傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和控

6、制技術(shù)的研究現(xiàn)狀分別做一介紹 ，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出一套 較為先進(jìn)的焊縫跟蹤系統(tǒng)的實(shí)施方案 ，為 焊 縫跟蹤系統(tǒng)研制提供依據(jù)。焊接是一個(gè)結(jié)合了光、 電、熱、力的綜合加工過程 ， 在焊接過程中產(chǎn)生的熱 量會(huì) 使焊接工件產(chǎn)生較大的熱變形 ， 從而產(chǎn)生焊接位置偏差。為了克服這種偏差的 影響 ,目前 有 2 種方法 ,其一是采用夾具定位 ，普通的夾具無法滿足要求 ，為了確保精 度，必須采 用更為精確 的夾具。方法之二是采用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鬟M(jìn)行焊縫跟蹤 ，通過 比較發(fā)現(xiàn) ,采用 跟蹤的方法比采用精確的夾具經(jīng)濟(jì)得多。二、電弧傳感焊縫跟蹤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r電弧傳感器發(fā)展概述焊縫自動(dòng)跟蹤方面 ， 傳感器提供著系統(tǒng)賴以進(jìn)行

7、處理和控制所必須的有關(guān)焊縫 的信 息。我們研究電弧傳感器就是要從焊接電弧信號(hào)中提取出能夠?qū)崟r(shí)并準(zhǔn)確反 映焊炬與焊 縫中心的偏移變化信號(hào) ， 并將此信號(hào)采集出來 ，作為氣體保護(hù)焊焊縫自 動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的輸 入信號(hào)，即氣體保護(hù)焊焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的傳感信號(hào)。目前 ,國際、國內(nèi)焊接界對(duì)電弧傳感器的研究非常活躍 ，用于焊縫跟蹤的電弧 傳感器 主要有以下幾種類型 ：(1 并列雙絲電弧傳感器。利用兩個(gè)彼此獨(dú)立的并列電弧對(duì)工件施焊 ，當(dāng)焊槍的 中心 線未對(duì)準(zhǔn)坡口中心時(shí) ， 其作用焊絲具有不同的干伸長(zhǎng)度 ，對(duì)于平外特性電源將 造成兩個(gè) 電流 不相等 ，因此根據(jù)兩個(gè)電流差值即可判別焊炬橫向位置并實(shí)現(xiàn)跟蹤。(2 旋轉(zhuǎn)掃

8、描電弧傳感器。在帶有焊絲導(dǎo)向的噴嘴旋轉(zhuǎn)時(shí) ， 旋轉(zhuǎn)速度與焊接電流 之 間存在一定的關(guān)系。高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器可用于厚板間隙及角接焊縫的跟蹤，在 結(jié)構(gòu)上比擺動(dòng)式電弧傳感器復(fù)雜 ， 還需要在焊接工藝、信息處理等方面進(jìn)行深入的 研究(3 焊炬擺動(dòng)式電弧傳感器。當(dāng)電弧在坡口中擺動(dòng)時(shí) ，焊絲端部與母材之間距離 隨 焊炬對(duì)中位置而變化 ，它會(huì)引起焊接電流與電壓的變化。由于受機(jī)械方面限制 ， 擺 動(dòng)式電弧傳感器的擺動(dòng)頻率一般較低 ， 限制了在高速和薄板搭接接頭焊接中的應(yīng) 用。在弧焊其他參數(shù)相 同的條件下 ，擺動(dòng)頻率越高 ， 擺動(dòng)式電弧傳感器的靈敏度越有部分傳感器由于其應(yīng)用環(huán)境的狀況需金屬封裝 ，一般采用焊接密

9、封 ， 如壓力傳 感 器、力傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、溫度傳感器等 ， 這類傳感器內(nèi)部有敏 感元件 和集成電路 ，充惰性氣體或抽真空與外界隔絕 ，有耐壓、氣密性要求 ， 另有焊 接強(qiáng)度要 求和漏氣率要求 ，對(duì)焊接質(zhì)量要求高 ，而且焊接過程中要求變形小 ， 不能對(duì) 內(nèi)部元件和 微電路有損壞。目 前傳感器密封焊接有電阻焊、鎢極氬弧焊、等離子 弧焊、電子束焊和 激光焊。焊縫跟蹤是保證焊接質(zhì)量和焊接自動(dòng)化的前提 ， 而傳感器是實(shí)現(xiàn)這一前提的基 礎(chǔ)。焊接傳感器根據(jù)傳感方式的不同可以分為附加式傳感器和電弧傳感器兩大 類。傳統(tǒng) 的焊縫跟蹤 傳感器多數(shù)是附加式的 ，例如 ,接觸式傳感器、電磁傳感器和 各

10、種光學(xué)傳感 器，這類傳感器 共同的問題就是傳感器與電弧是分離的 ， 傳感器的檢測(cè) 點(diǎn)離開電弧有 一定的距離 ，在焊接大弧度的焊縫時(shí)會(huì)影響跟蹤效果。 而電弧傳感器 利用焊接過程中的 電弧電流波形或電弧電壓波 形的變化來獲得電弧中心是否偏離 焊縫作為傳感信息 ，實(shí)時(shí) 性強(qiáng) ，跟蹤效果好。電弧傳感器 的最大優(yōu)勢(shì)在于它的抗弧 光、高溫及強(qiáng)磁場(chǎng)能力很強(qiáng) ， 同時(shí)它與焊接電弧總是統(tǒng)一的整體 ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 ，成 本也較低 ，目前 ，電弧傳感器作 為一種焊接傳感手段倍受各國重視 ，國外許多焊接設(shè) 備研究和制造機(jī)構(gòu)都在努力開發(fā)這 一領(lǐng)域。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的研究起步較早 ，已研制出多種電弧掃描形式 ( 如雙絲并列

11、、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn) 的電弧傳感器 ，適合于埋弧 焊、 TIG 和 MIG /MAG 等不同焊接方法 ， 有些已用于焊接生產(chǎn)。許多國家所生產(chǎn) 的弧焊機(jī)器 人上均配 有擺動(dòng)式電弧傳感跟蹤裝置。電弧傳感器技術(shù)的應(yīng)用狀況長(zhǎng)期以來 ,許多國內(nèi)外的焊接工作者對(duì)電弧傳感器進(jìn)行了深入細(xì)致的研究， 并將研究成果應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中。 目前 ,絕大部分的弧焊機(jī)器人都安裝了擺動(dòng)式電弧傳 感器,如德國 CLOOS 的 ROMAT 76SW 型機(jī)器人和日本松下的 Pana-Robo 型機(jī)器 人就 安裝了擺動(dòng)式電弧傳感器。旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的應(yīng)用也越來越普遍 ，如清華大學(xué) 研制的旋 轉(zhuǎn)電弧傳感器應(yīng)用于東 風(fēng)汽車公司的汽車貯氣筒環(huán)縫的自動(dòng)焊中 ，韓國的 HAN GIL Autowelding 公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn) 電弧傳感器可用于弧焊機(jī)器人和自動(dòng)焊 中， 。日本松下的 YA-11KMR51 型弧焊機(jī)器人也安 裝了旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。三、結(jié)束語電弧傳感器作為一種實(shí)時(shí)傳感的器件與其它類型的傳感器相比， 具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn) 單、成本低、響應(yīng)快等特點(diǎn) ， 是焊接傳感器的一個(gè)重要的發(fā)展方向 ，具有強(qiáng)大的生 命力和應(yīng) 用前景。主要應(yīng)用在兩方面 ： 一方面主要用在弧焊機(jī)器人上