焊縫跟蹤技術及相關傳感器

　　焊接作為金屬加工業(yè)的“裁縫”在工業(yè)中起著至關重要的作用，它是一個結合了力、熱、光、電的綜合加工方法。隨著工業(yè)的發(fā)展，人工焊接受到工作環(huán)境、勞動強度以及成本等影響逐漸被自動化焊接所取代。所謂自動化焊縫跟蹤技術，是以焊槍為被控對象，通過傳感測量技術得出焊槍相對于焊縫中心的位置偏差，經(jīng)過計算機計算并用焊接機器人實時控制焊槍位置，校正偏差，使得焊槍在焊接過程中始終與焊縫對中，從而完成自動化焊接。

　　而焊縫識別傳感器根據(jù)傳感形式不同主要分為：接觸式、非接觸式、電弧傳感式。

　　接觸式傳感器主要分為機械式和機械電子式，其主要原理是通過焊接機器人與坡口的物理接觸把焊縫的相對位置變化轉換為電信號。機械式是利用機構與焊縫接觸，以焊縫形狀作為導向。機械電子式是利用當焊縫與焊槍的中心存在位置偏差時，導桿自身能收到電信號，根據(jù)偏差的大小與方向，控制焊接機器人使焊槍對準焊縫中心位置。這類傳感器結構簡單、價格低廉，但是易造成機械磨損，長時間焊接使得傳感精度變差，不利于自動化焊接。

　　非接觸式傳感器在工業(yè)現(xiàn)場應用較為廣泛。其中電磁傳感根據(jù)電磁感應原理，通過磁感量參數(shù)變化反映位置偏差，但焊接過程中會產(chǎn)生強大的磁場影響電磁傳感精度且其體積較大，靈活性較差。聲學傳感具有不受焊接過程中弧光、磁場等干擾等優(yōu)點，但其對于周邊環(huán)境要求較高，多與其他傳感器配合應用。激光視覺傳感作為光學傳感中的一種被最廣泛應用于現(xiàn)代焊接中，主要由CCD攝像頭、激光發(fā)射器和濾光片組成。其優(yōu)點是檢測系統(tǒng)不接觸焊接回路，可提取出焊縫的大量信息。

　　電弧傳感器是一種在焊接機器人焊接過程中的實時傳感器，焊槍本身即為傳感器，不存在超前和滯后誤差，焊接時不受飛濺、弧光、磁場等因素干擾，由于跟蹤實時性強、效果好等優(yōu)點而在國內(nèi)外得到大量研究。

　　電弧傳感器在實際中應用的主要結構有以下幾種：

　　擺動式電弧傳感器

　　自動化焊接時，當電弧在焊縫對中位置開始擺動，焊絲與焊縫對中位置的變化而引起焊接電流的變化，通過算法把變化量轉化為偏差量進行焊縫跟蹤。但是由于傳感器是用機械裝置使其擺動，其擺動頻率較低。限制了傳感器自身的靈敏度，并且效率較低。

　　并列雙絲電弧傳感器

　　并列雙絲焊是根據(jù)兩個獨立的電弧對工件進行焊接，但兩個電弧具有不同的長度，在焊接過程中，當焊槍與焊縫存在位置偏差時，會因為電弧長度不同而呈現(xiàn)不相等的電流值，通過算法將兩個電流的差值轉化為偏差量通過計算機處理使得機器人進行焊縫跟蹤。

　　旋轉電弧傳感器

　　旋轉電弧傳感器是要求焊絲前端在焊接過程中做圓弧運動，從而引起焊絲與焊縫對中位置的變化，相繼出現(xiàn)焊接電流的變化，通過算法把變化量轉化為偏差量通過計算機處理使得焊接機器人完成焊縫跟蹤。

　　其中旋轉電弧傳感器相比于其他電弧傳感具有頻率更高、采樣周期更短，跟蹤精度好等優(yōu)點，對于提高焊接效率、推動焊接自動化是比較理想的傳感器。