傳感器在焊接過程中的應(yīng)用重點(diǎn)

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，同時在焊接過程中也越來越受到重視?，F(xiàn)在的焊接要求 精確化，智能化，自動化,在這些要求中往往離不開一個重要的技術(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)定的被測量并按照一定的規(guī) 律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件裝置。傳感器作為檢測工具，要求檢測研究對象的物 理或化學(xué)的信息，其工作過程要求穩(wěn)定、可靠、精度高，所以對傳感器有以下幾個要 求：(1適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)傳感器一般工作環(huán)境十分廣，從極寒至酷熱地區(qū)，許

2、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、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價格適中，適于大批量生產(chǎn)要求傳感器一致性好，適宜自動化批量生產(chǎn)，對加工設(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

3、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，對焊接質(zhì)量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對 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，即以焊炬為被控對象，電?。ê妇嫦鄬τ诤缚p中心位置的偏差 作為被調(diào)量，通過視覺傳感、接觸傳感、超聲波傳感、電弧傳感等多種傳感測量手 段，控制焊炬使其在 整個焊接過程中始終與焊縫對口。其中接觸式傳感是依靠在

4、坡口中滾動或滑動的觸指將焊槍與焊縫之間的位置偏差反映到檢測器內(nèi)，并利用檢 測器內(nèi)裝的微動開關(guān)判斷偏差的極性，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、不受電弧煙塵和飛 濺的影響，但是對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 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，跟蹤的實時性好。但是 由于傳感器要貼近工件，不可避免地會受到焊接方法和工件尺寸等的嚴(yán)格 限制。另 外需要考慮外界震動、 傳播時間等因素，對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，靈敏度和測量精度高，抗電磁場干擾能

5、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 實時傳感的器件與其它類型的傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)較簡單、成本低和響應(yīng)快等特點(diǎn), 是焊接傳感器的一個重要的發(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焊 上。本文對國內(nèi)外焊縫跟蹤系統(tǒng)電弧傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)和控制技術(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)的實施方案，為 焊縫跟蹤系統(tǒng)研制提供依據(jù)。焊接是一個結(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

6、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)展概述焊縫自動跟蹤方面，傳感器提供著系統(tǒng)賴以進(jìn)行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中提取出能夠?qū)崟r并準(zhǔn)確反 映焊炬與焊縫中心的偏移變化信號，并將此信號采集出來，作為氣體保護(hù)焊焊縫自 動跟蹤系統(tǒng)的輸入信號，即氣體保護(hù)焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的傳感信

7、號。目前,國際、國內(nèi)焊接界對電弧傳感器的研究非?；钴S，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。利用兩個彼此獨(dú)立的并列電弧對工件施焊，當(dāng)焊槍的 中心線未對準(zhǔn)坡口中心時，其作用焊絲具有不同的干伸長度，對于平外特性電源將 造成兩個電流 不相等，因此根據(jù)兩個電流差值即可判別焊炬橫向位置并實現(xiàn)跟蹤。(2旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器。在帶有焊絲導(dǎo)向的噴嘴旋轉(zhuǎn)時 ，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焊炬擺動式電弧傳感器。當(dāng)電弧在坡口中擺動時 ，焊

8、絲端部與母材之間距離 隨焊炬對中位置而變化，它會引起焊接電流與電壓的變化。由于受機(jī)械方面限制， 擺動式電弧傳感器的擺動頻率一般較低，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，擺動頻率越高，擺動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，對焊接質(zhì)量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對 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

9、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)量和焊接自動化的前提，而傳感器是實現(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 點(diǎn)離開電弧有一定的距離，在焊接大弧度的焊縫時會影響跟蹤效果。 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，實時性強(qiáng)，跟蹤效果好。電弧傳感器 的最大優(yōu)勢在于它的抗弧 光、高溫及強(qiáng)磁場能力很強(qiáng)，同時它與焊接電弧

10、總是統(tǒng)一的整體，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，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、擺動和旋轉(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 有擺動式電弧傳感跟蹤裝置。電弧傳感器技術(shù)的應(yīng)用狀況長期以來,許多國內(nèi)外的焊接工作者對電弧傳感器進(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時傳感的器件與其它類型的傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)較簡 單、成本低、響應(yīng)快等特點(diǎn)，是焊接傳感器的一個重要的發(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，