電弧傳感器技術(shù)在焊縫跟蹤中的研究與應(yīng)用
0、引言
焊接是一個(gè)結(jié)合了光、電、熱、力的綜合加工過(guò)程,在焊接過(guò)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(wú)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(guò)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[1]。
所謂焊縫跟蹤,即以焊炬為被控對(duì)象,電?。ê妇妫?相對(duì)于焊縫中心位置的偏差作為被調(diào)量,通過(guò)視覺(jué)傳感、接觸傳感、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(guò)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(kāi)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[2]。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[3]。視覺(jué)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(wú)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[4]。本文對(duì)國(guó)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)。
圖1 電弧傳感器的工作原理
1、電弧傳感焊縫跟蹤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
1.1 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(lái),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(guó)際、國(guó)內(nèi)焊接界對(duì)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:
?。?)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。
?。?)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(shí),旋轉(zhuǎn)速度與焊接電流之間存在一定的關(guān)系[5]。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
?。?)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高。
評(píng)論