焊接機(jī)器人的傳感器系統(tǒng),測(cè)出焊口的位置和形狀信息

焊接機(jī)器人所用的傳感器要求準(zhǔn)確的檢測(cè)出焊口的位置和形狀信息，然后傳送給控制器 進(jìn)行處理。在焊接的過程中，存在著強(qiáng)烈的弧光、電磁干擾及高溫輻射、煙塵等因素，并伴 隨著物理化學(xué)反應(yīng)，工件會(huì)產(chǎn)生熱變形，因此，焊接傳感器也需要具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

弧焊用傳感器分為電弧式、接觸式、非接觸式。按用途分有用于焊縫跟蹤、焊接條件控 制。按工作原理分為機(jī)械式、光纖式、光電式、機(jī)電式、光譜式等。據(jù)日本焊接技術(shù)學(xué)會(huì)所 做的調(diào)查顯示，在日本、歐洲及其他發(fā)達(dá)，用于焊接過程的傳感器有80%是用于焊縫 跟 蹤 的 。

①擺動(dòng)電弧傳感器。電弧傳感器是從焊接電弧自身直接提取焊縫位置偏差信號(hào)，實(shí)時(shí)性好，不需要在焊槍上附加任何裝置，焊槍運(yùn)動(dòng)的靈活性和可達(dá)性好，尤其符合焊接過程低 成本自動(dòng)化的要求。電弧傳感器的基本工作原理是：當(dāng)電弧位置變化時(shí)，電弧自身電參數(shù)相 應(yīng)發(fā)生變化，從中反映出焊槍導(dǎo)電嘴至工件坡口表面距離的變化量，進(jìn)而根據(jù)電弧的擺動(dòng)形 式及焊槍與工件的相對(duì)位置關(guān)系，推導(dǎo)出焊槍與焊縫間的相對(duì)位置偏差量。電參數(shù)的靜態(tài)變 化和動(dòng)態(tài)變化都可以作為特征信號(hào)被提取出來，實(shí)現(xiàn)高低及水平兩個(gè)方向的跟蹤控制。

目前廣泛采用測(cè)量焊接電流I 、 電弧電壓U 和送絲速度v 的方法來計(jì)算工件與焊絲之間的距離H=f(I,U,v), 并應(yīng)用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。電弧傳感結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，主要適用于對(duì)稱側(cè)壁的坡口(如 V 形坡口),而對(duì)于那些無對(duì)稱側(cè)壁或根本就無側(cè)壁的 接頭形式，如搭接接頭、不開坡口的對(duì)接接頭等形式，現(xiàn)有的電弧傳感器則不能識(shí)別。

在弧焊機(jī)器人的第6個(gè)關(guān)節(jié)上，安裝一個(gè)焊炬夾持件，將原來的焊炬卸下，把高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感器安裝在焊炬夾持件上。焊縫糾偏系統(tǒng)如圖6-7所示，高速旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感 器的安裝姿態(tài)與原來的焊炬姿態(tài)一樣，即焊絲端點(diǎn)的參考點(diǎn)的位置及角度保持不變。

③ 電 弧 傳 感 器 的 信 號(hào) 處 理 。 電 弧 傳 感 的 信 號(hào) 處 理 主 要 采 用 極 值 比 較 法 和 積 分 差 值 法 。

理想的條件下可得到理想的結(jié)果，但仕非V 形坡口及非射流過渡焊時(shí)，坡口識(shí)別能 力差、信噪比低，應(yīng)用遇到很大困難。為進(jìn)一步擴(kuò)大電弧傳感器的應(yīng)用范圍，提高其可靠 性，在建立傳感器物理數(shù)學(xué)的模型的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值仿真技術(shù)，采取空間變換，用特征諧 波的向量作為偏差量的大小及方向的判據(jù) 。