焊缝跟踪技术及相关传感器

　　焊接作为金属加工业的“裁缝”在工业中起着至关重要的作用，它是一个结合了力、热、光、电的综合加工方法。随着工业的发展，人工焊接受到工作环境、劳动强度以及成本等影响逐渐被自动化焊接所取代。所谓自动化焊缝跟踪技术，是以焊枪为被控对象，通过传感测量技术得出焊枪相对于焊缝中心的位置偏差，经过计算机计算并用焊接机器人实时控制焊枪位置，校正偏差，使得焊枪在焊接过程中始终与焊缝对中，从而完成自动化焊接。

　　而焊缝识别传感器根据传感形式不同主要分为：接触式、非接触式、电弧传感式。

　　接触式传感器主要分为机械式和机械电子式，其主要原理是通过焊接机器人与坡口的物理接触把焊缝的相对位置变化转换为电信号。机械式是利用机构与焊缝接触，以焊缝形状作为导向。机械电子式是利用当焊缝与焊枪的中心存在位置偏差时，导杆自身能收到电信号，根据偏差的大小与方向，控制焊接机器人使焊枪对准焊缝中心位置。这类传感器结构简单、价格低廉，但是易造成机械磨损，长时间焊接使得传感精度变差，不利于自动化焊接。

　　非接触式传感器在工业现场应用较为广泛。其中电磁传感根据电磁感应原理，通过磁感量参数变化反映位置偏差，但焊接过程中会产生强大的磁场影响电磁传感精度且其体积较大，灵活性较差。声学传感具有不受焊接过程中弧光、磁场等干扰等优点，但其对于周边环境要求较高，多与其他传感器配合应用。激光视觉传感作为光学传感中的一种被最广泛应用于现代焊接中，主要由CCD摄像头、激光发射器和滤光片组成。其优点是检测系统不接触焊接回路，可提取出焊缝的大量信息。

　　电弧传感器是一种在焊接机器人焊接过程中的实时传感器，焊枪本身即为传感器，不存在超前和滞后误差，焊接时不受飞溅、弧光、磁场等因素干扰，由于跟踪实时性强、效果好等优点而在国内外得到大量研究。

　　电弧传感器在实际中应用的主要结构有以下几种：

　　摆动式电弧传感器

　　自动化焊接时，当电弧在焊缝对中位置开始摆动，焊丝与焊缝对中位置的变化而引起焊接电流的变化，通过算法把变化量转化为偏差量进行焊缝跟踪。但是由于传感器是用机械装置使其摆动，其摆动频率较低。限制了传感器自身的灵敏度，并且效率较低。

　　并列双丝电弧传感器

　　并列双丝焊是根据两个独立的电弧对工件进行焊接，但两个电弧具有不同的长度，在焊接过程中，当焊枪与焊缝存在位置偏差时，会因为电弧长度不同而呈现不相等的电流值，通过算法将两个电流的差值转化为偏差量通过计算机处理使得机器人进行焊缝跟踪。

　　旋转电弧传感器

　　旋转电弧传感器是要求焊丝前端在焊接过程中做圆弧运动，从而引起焊丝与焊缝对中位置的变化，相继出现焊接电流的变化，通过算法把变化量转化为偏差量通过计算机处理使得焊接机器人完成焊缝跟踪。

　　其中旋转电弧传感器相比于其他电弧传感具有频率更高、采样周期更短，跟踪精度好等优点，对于提高焊接效率、推动焊接自动化是比较理想的传感器。