傳感器在焊接過程中的應用重點

1、傳感器在焊縫跟蹤過程中的應用引言我們這學期學習了傳感器與檢測技術。了解到了傳感器在現(xiàn)代生產生活中起著越來 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 傳感器技術，本 文我們就來研究傳感器 在焊接過程中的應用。、傳感器根據(jù)國家標準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適應惡劣環(huán)境能力強傳感器一般工作環(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，能適應在高溫、極寒、強烈振動、沖擊以及在其他條件下正常工作的能 力，還應抗噪聲能力 強，信噪比高。(2價格適中，適于大批量生產要求傳感器一致性好，適宜自動化批量生產，對加工設備有較高要求，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、航天中應用都有嚴格要求，產 品都須經過嚴格測試才能應用。所以傳感器生產是一種高新技術的具體運用和體現(xiàn)。一種傳感器是否有較高的技術附加值體現(xiàn)在所包含的技術含量和加工工藝的 技術是否高新。有部分傳感器

3、由于其應用環(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 接強度要求和漏氣率要求，對焊接質量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對 內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，電弧（焊炬相對于焊縫中心位置的偏差 作為被調量，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，并利用檢 測器內裝的微動開關判斷偏差的極性，其結構簡單、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，點固點障礙難以克 服。超聲波傳感是利用發(fā)射出的超聲波在金屬內傳播時 在界面產生發(fā)射原理制成 的,是一種比較先進的焊縫跟蹤傳感器，應用在跟蹤系統(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，與工件無接觸的優(yōu)點。但是算法復雜，處理速度慢。隨著電弧傳感技術的發(fā)展，焊縫跟蹤引入了電弧傳感技術，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，具有結構較簡單、成本低和響應快等特點, 是焊接傳感器的一個重要的發(fā)展方向，具有強大的生命力和應用前景主要應用在兩 方面:一方面主要用 在弧焊機器人上，另一方面主要用在帶有十字滑塊的自動焊 上。本文對國內外焊縫跟蹤系統(tǒng)電弧傳感技術、信號處理技術和控制技術的研究現(xiàn)狀分別做一介紹，在此基礎上總結出一套 較為先進的焊縫跟蹤系統(tǒng)的實施方案，為 焊縫跟蹤系統(tǒng)研制提供依據(jù)。焊接是一個結合了光、 電、熱、力的綜合加工過程，在焊接過程中產生的熱 量會

6、使焊接工件產生較大的熱變形，從而產生焊接位置偏差。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?shù)膫鞲衅鬟M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濟得多。二、電弧傳感焊縫跟蹤技術的發(fā)展狀況電弧傳感器發(fā)展概述焊縫自動跟蹤方面，傳感器提供著系統(tǒng)賴以進行處理和控制所必須的有關焊縫 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實時并準確反 映焊炬與焊縫中心的偏移變化信號，并將此信號采集出來，作為氣體保護焊焊縫自 動跟蹤系統(tǒng)的輸入信號，即氣體保護焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的傳感信

7、號。目前,國際、國內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。利用兩個彼此獨立的并列電弧對工件施焊，當焊槍的 中心線未對準坡口中心時，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旋轉掃描電弧傳感器。在帶有焊絲導向的噴嘴旋轉時 ，旋轉速度與焊接電流 之間存在一定的關系。高速旋轉電弧傳感器可用于厚板間隙及角接焊縫的跟蹤 ，在 結構上比擺動式電弧傳感器復雜，還需要在焊接工藝、信息處理等方面進行深入的 研究(3焊炬擺動式電弧傳感器。當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 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 接強度要求和漏氣率要求，對焊接質量要求高，而且焊接過程中要求變形小，不能對 內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。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，跟蹤效果好。電弧傳感器 的最大優(yōu)勢在于它的抗弧 光、高溫及強磁場能力很強，同時它與焊接電弧

10、總是統(tǒng)一的整體，結構簡單緊湊，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 備研究和制造機構都在努力開發(fā)這一領域。工業(yè)發(fā)達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 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。許多國家所生產 的弧焊機器人上均配 有擺動式電弧傳感跟蹤裝置。電弧傳感器技術的應用狀況長期以來,許多國內外的焊接工作者對電弧傳感器進行了深入細致的研究，并將研究成果應用到實際的生產中。目前,絕大部分的弧焊機器人都安裝了擺動式電弧傳感器,如德國CLOOS的ROMAT 76SW型機器人和日本松下的 Pana-Robo型機器 人就安裝了擺動式電弧傳感器。旋轉電弧傳感器的應用也越來越普遍，如清華大學 研制的旋轉電弧傳感器應用于東 風汽車公司的汽車貯氣筒環(huán)縫的自動焊中，韓國的 HAN GIL Autowelding公司生產的旋轉 電弧傳感器可用于弧焊機器人和自動焊 中，。日本松下的YA-11KMR51型弧焊機器人也安 裝了旋轉電弧傳感器。三、結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，具有結構較簡 單、成本低、響應快等特點，是焊接傳感器的一個重要的發(fā)展方向，具有強大的生 命力和應用前景。主要應用在兩方面：一方面主要用在弧焊機器人上，