探究弧焊機(jī)器人電弧傳感跟蹤技術(shù)的應(yīng)用

于輝 葉軍潔

摘要：焊接機(jī)器人在使用時(shí)，電弧傳感跟蹤技術(shù)是完成焊接作業(yè)的核心技術(shù)之一?？紤]到電弧傳感器易受到外部因素的影響，在使用時(shí)需做好基礎(chǔ)研究，建立可靠的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建電弧位置與焊接質(zhì)量的關(guān)系公式，繼而提升傳感器跟蹤效果。未來(lái)，弧焊機(jī)器人電弧傳感器跟蹤技術(shù)會(huì)向著集成化、智能化、自動(dòng)化方向進(jìn)一步發(fā)展，推動(dòng)弧焊設(shè)備的革新。

關(guān)鍵詞：弧焊機(jī)器人;電弧傳感跟蹤技術(shù);應(yīng)用

引言

隨著智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，車間自動(dòng)化水平不斷提升，機(jī)器人正在逐漸取代部分崗位，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化生產(chǎn)。利用機(jī)器人進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，降低了人為誤差，企業(yè)生成能力提升，如焊接機(jī)器人、物流機(jī)器人、上料機(jī)器人等等，其中焊接機(jī)器人應(yīng)用十分廣泛，焊接機(jī)器人在使用時(shí)，電弧傳感跟蹤技術(shù)是完成焊接作業(yè)的核心技術(shù)之一，本文從電弧傳感跟蹤技術(shù)應(yīng)用入手，研究其應(yīng)用特點(diǎn)，應(yīng)用范圍以及應(yīng)用前景。

一、弧焊機(jī)器人工作原理

弧焊機(jī)器人組成部分主要包括工業(yè)機(jī)器人本體、示教器、電氣控制系統(tǒng)。因?yàn)榛『腹に囕^為復(fù)雜，在焊接作業(yè)中，焊絲端頭的運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都必須要做到精準(zhǔn)控制。弧焊機(jī)器人的工作原理如圖 1所示，在確定各系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下，將弧焊機(jī)器人位置找正，然后啟動(dòng)胡漢清機(jī)器人按照示教路線進(jìn)行焊接工作，到焊接完成以后，發(fā)出控制信號(hào)，焊弧熄滅，焊接作業(yè)停止，完成一道次的焊接工作。

二、電弧傳感跟蹤技術(shù)概述

所謂的傳感跟蹤技術(shù)是近現(xiàn)代在焊接工藝上使用一種新技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是保證焊接電弧對(duì)準(zhǔn)焊接位置，保證焊接成型質(zhì)量，其工作的原理是利用傳感器探測(cè)電弧偏離焊縫的位置信息，然后反饋到機(jī)器人處理終端或者分析端，偏離值與設(shè)定閾值相比較，若超過(guò)設(shè)定閾值，則控制中心就會(huì)發(fā)出調(diào)整信號(hào)，調(diào)節(jié)電弧與焊縫的位置，使偏離值不超過(guò)閾值，繼而保證焊接質(zhì)量。針對(duì)電弧傳感跟蹤，其核心在于人實(shí)時(shí)檢測(cè)并聯(lián)電阻，并將信號(hào)反饋給電弧傳感電路板，繼而完成焊接位置的調(diào)整。

因此電弧傳感跟蹤技術(shù)的重難點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：

）傳感器探測(cè)能力，焊接工作區(qū)是高溫工作區(qū)，溫度會(huì)對(duì)于傳感器產(chǎn)生干擾，繼而影響測(cè)量精度，因此必須要使用高精度的、高穩(wěn)定性的傳感器。常用的傳感器包括電弧傳感器、電磁感應(yīng)傳感器、光電式傳感器以及機(jī)械傳感器，相對(duì)來(lái)說(shuō)電弧傳感器性價(jià)比高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相應(yīng)較快。

）控制系統(tǒng)精度，目前我國(guó)機(jī)械制造水平不斷提升，但是系統(tǒng)軟件開發(fā)方面與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，營(yíng)銷了我國(guó)高端設(shè)備的發(fā)展。如果缺乏良好的、可靠的控制系統(tǒng)，也就無(wú)法完成高精度的調(diào)節(jié)控制，因此如何提高控制精度，也是面臨的一大挑戰(zhàn)。

三、電弧傳感跟蹤技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 電弧傳感技術(shù)在焊縫跟蹤中的應(yīng)用

電弧傳感技術(shù)在焊縫跟蹤中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，利用電弧傳感技術(shù)，可以對(duì)焊接路徑進(jìn)行獨(dú)立的，實(shí)時(shí)的修正，保證焊接位置達(dá)到昀優(yōu)，從而完成各種焊縫的作業(yè)，如 V型、U型以及角焊縫。但是在使用過(guò)程中，仍有一些不足之處，從上文的論述可知，在焊接過(guò)程中根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍，但是在一些場(chǎng)合，焊槍不能隨意運(yùn)動(dòng)，限制了電弧傳感跟蹤技術(shù)的應(yīng)用。其次，電弧傳感信號(hào)易受到外部因素的影響，例如焊槍的姿態(tài)、焊接速度、工作環(huán)境以及焊接功率，因此在該技術(shù)使用時(shí)，要根據(jù)不同的情況，確定昀優(yōu)的焊接參數(shù)，才能夠保證焊接質(zhì)量，在這個(gè)過(guò)程中，需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究，才能夠不斷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目的。

3.2 不同電弧傳感技術(shù)在跟蹤焊縫中的應(yīng)用

除了常見的電弧傳感器還有一種磁控電弧傳感器，洪波，來(lái)鑫，魏復(fù)理等（2008）基于磁控電弧傳感器，研究其在焊縫追蹤中的應(yīng)用，研究觀點(diǎn)認(rèn)為傳統(tǒng)的機(jī)械擺動(dòng)式電弧傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，提交大，并且伴有噪音等問(wèn)題，焊接作業(yè)環(huán)境差，而磁控電弧傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用更為方便。在焊縫跟蹤過(guò)程中，研究人員首要一點(diǎn)是建立的了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，該模型建立了電弧傳感器的數(shù)學(xué)模型，獲得焊炬高度變化、電弧參數(shù)的變化關(guān)系，繼而解決焊縫跟蹤的關(guān)鍵問(wèn)題。因此在未來(lái)的電弧跟蹤技術(shù)中，如何能夠建立一種模型，將所需要考慮的因素囊括進(jìn)去，也是未來(lái)研究重點(diǎn)。

3.3 電弧傳感跟蹤技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

電弧傳感器在弧焊機(jī)器人中應(yīng)用廣泛，例如在管道焊接方面，國(guó)外將雙絲管道全位置焊接機(jī)器人與電弧傳感器跟蹤技術(shù)集成在管道焊接之中，例如美國(guó)的 CRC、法國(guó)的 DASA等等。利用雙絲焊接機(jī)器人與傳感跟蹤技術(shù)相結(jié)合，采用恒流特性的焊接電源，傳感器數(shù)據(jù)采集利用截止頻率為 50赫茲的硬件低通濾波器，利用區(qū)域移動(dòng)平均算法，來(lái)計(jì)算焊縫偏差，繼而完成焊縫偏差的測(cè)定。其次采用歐冠凸輪高速擺動(dòng)裝置，完成對(duì)焊接坡口的掃面工作，完成了基于電弧傳感器的管道焊縫跟蹤以及擺動(dòng)寬度自適應(yīng)控制。

四、電弧傳感跟蹤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著電弧傳感技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)電弧傳感技術(shù)會(huì)越來(lái)越成熟，應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。根據(jù)現(xiàn)在的應(yīng)用狀況，電弧傳感技術(shù)未來(lái)在以下方面需要進(jìn)一步改進(jìn)或者優(yōu)化。

4.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究

從上文了解到，電弧傳感跟蹤技術(shù)受到多因素的影響，因此想要提高跟蹤技術(shù)的精度，必須要建立數(shù)學(xué)模型，繼而完成經(jīng)驗(yàn)值向計(jì)算值的轉(zhuǎn)變。數(shù)學(xué)模型的建立必須要建立在大量研究基礎(chǔ)之上，目前國(guó)內(nèi)諸多大學(xué)在不斷的拓寬基礎(chǔ)研究范圍，基礎(chǔ)研究在未來(lái)一段時(shí)間仍是研究主要方向之一。

4.2 多元功能的開發(fā)

在一些大型焊件焊接過(guò)程中，焊接母材厚度達(dá)到 200毫米，一般需要多層、多道次焊接，受到熱力學(xué)影響，焊接變形量大，傳統(tǒng)的傳感器跟蹤技術(shù)測(cè)量精度達(dá)不到要求，影響了焊接質(zhì)量。因此在現(xiàn)有的電弧傳感技術(shù)之上，可以添加視覺(jué)跟蹤技術(shù)、多方位探測(cè)技術(shù)等，來(lái)提升探測(cè)精度，保證焊接質(zhì)量。對(duì)于自動(dòng)埋弧焊設(shè)備，由于焊接熱燃燒放在焊劑中，因此視覺(jué)傳感器無(wú)法有效地進(jìn)行感應(yīng)跟蹤。根據(jù)焊接位置和坡口形式，采用紅外輔助感應(yīng)定位，控制焊接軌跡，控制焊接質(zhì)量。

4.3 智能化集成化方向發(fā)展

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的電弧傳感系統(tǒng)會(huì)朝著智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)有自主學(xué)習(xí)能力，根據(jù)實(shí)際焊接情況，工作環(huán)境，進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提升弧焊機(jī)器人自動(dòng)化水平的提升，保證焊接質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

基于電弧傳感器的弧焊機(jī)器人跟蹤技術(shù)在焊接作業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，更加精準(zhǔn)的信號(hào)測(cè)量和系統(tǒng)控制，進(jìn)一步提高了焊接質(zhì)量。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，考慮到電弧傳感器受到外部因素的影響，在使用時(shí)應(yīng)該做好基礎(chǔ)研究，建立可靠的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建電弧位置與焊接質(zhì)量的關(guān)系公式，繼而提升傳感器跟蹤效果。未來(lái)，弧焊機(jī)器人電弧傳感器跟蹤技術(shù)會(huì)向著集成化、智能化、自動(dòng)化方向進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越加廣泛，各種新型的傳感跟蹤設(shè)備被研發(fā)使用，推動(dòng)弧焊設(shè)備的革新。

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