電弧跟蹤介紹

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1、電弧跟蹤原理介紹1、兩種跟蹤方式的優(yōu)缺點比較視覺傳感器（激光傳感器）和電弧傳感器是目前國內(nèi)外研究最多的二類傳感器。視覺傳感器是利用工業(yè)CCD攝像機，經(jīng)圖像處理獲得焊件和焊縫的相對位置及坡口、熔池的有關(guān)信息。優(yōu)點是能獲得的焊縫信息量大，控制精度高、再現(xiàn)性好。但是它的檢測點一般超前電弧，所掃描的點不是實際焊點，對轉(zhuǎn)折及彎曲焊縫無能為力；無法抵抗磁偏吹、焊絲彎曲干擾、點固焊點的影響。整個系統(tǒng)包括性能較高的計算機在內(nèi)的圖像處理系統(tǒng)以及激光設(shè)備，整個系統(tǒng)復雜，成本很高，進而影響推廣及產(chǎn)業(yè)化。電弧傳感器是利用焊接電弧自身特點的傳感器，不需要在焊槍上附加任何裝置，電弧傳感器的信號檢測點就是焊接電弧點；實

2、時性好，焊槍運動的靈活性和可達性最好，尤其符合焊接過程低成本自動化要求，電弧掃描不僅可以跟蹤傳感，保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定，又可以達到改善成形的效果，特別是可明顯改善斜角焊縫及厚板開坡口多道焊的表面成形及兩側(cè)熔合。不存在傳感器位置前導誤差，且信號處理比較簡單，實時性好。另外不受飛濺、煙塵、弧光等的干擾，成本較低，因此電弧傳感器在焊縫跟蹤中獲得了廣泛的應(yīng)用，目前是弧焊機器人中用的最多的傳感器，已經(jīng)成為大部分弧焊機器人的標準配置。電弧傳感器的缺點是對薄板件的對接和搭接接頭很難跟蹤。(國內(nèi)的電弧跟蹤是上世紀八十年代潘際鑾院士提出來的）2、電弧傳感器工作原理電弧傳感器是通過檢測焊接電流或者電壓的變化而跟

3、蹤焊縫的。其基本原理（如圖1）：利用焊槍與工件之間距離變化引起的焊接參數(shù)變化（指焊接電流或焊接電壓，因為在焊接過程中電弧弧長的變化與焊接電流和焊接電壓的變化是成比例關(guān)系的）來探測焊槍高度和左右偏差，在等速送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，送絲速度恒定，MIG/MAG焊接電源一般具有恒壓外特性，在這種情況下，焊接電流將隨著電弧長度的變化而變化。在對V形坡口對接接頭進行擺動焊接時，在擺動兩端和中央，由于電弧長度發(fā)生變化，所以焊接電流強度也發(fā)生變化。電弧傳感器檢測到焊接電流的變化情況，把偏差信息提供給控制系統(tǒng)對機器人末端軌跡進行補償。圖1電弧傳感器原理圖焊槍的一個橫擺周期可以分為四段來進行研究，在無偏差的情況下，

4、位置（2）左右兩邊的電流平均值大小相等，但是在有偏差的情況下，位置（2）左右兩邊的電流平均值大小不等，通過偏差提取算法把左右偏差提取出來，然后再通過糾偏算法把偏差補償?shù)綑C器人末端軌跡，實現(xiàn)焊縫實時跟蹤。3、擺動電弧焊縫跟蹤技術(shù)的應(yīng)用狀況目前國外擺動電弧焊縫跟蹤技術(shù)的應(yīng)用較為成熟和廣泛，如德國的KUKA、REIS等弧焊機器人都配備了擺動電弧焊縫跟蹤模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的焊縫跟蹤。實驗證明REIS弧焊機器人的擺動電弧焊縫跟蹤功能在指定的實驗條件下，在焊接長度為350mm，焊接起點位置不變，終點沿水平面向外偏移60mm的情況下能夠跟蹤上焊縫，并且焊接效果和無偏移時相比沒有明顯區(qū)別，完全能夠滿足工程

5、需要。圖2所示為無偏移情況下擺動焊接效果，圖3所示為焊接終點沿水平面向外偏移60mm情況下的擺動跟蹤焊接效果。但是KUKA、REIS等弧焊機器人在使用擺動電弧焊縫跟蹤功能前都需要通過實驗或者經(jīng)驗值設(shè)置合適的控制器參數(shù)，如果參數(shù)設(shè)置不當，跟蹤效果通常很差，不能滿足工程需要。圖2無偏移情況圖3偏60mm情況下的跟蹤效果國內(nèi)擺動電弧焊縫跟蹤技術(shù)目前正處于研究階段，電弧傳感器的應(yīng)用還不能達到使人滿意的程度。其中主要有三方面的原因:其一，由電弧傳感器的原理可知，它要求焊槍擺動，為此要有一套控制擺動的裝置，對于機器人焊接系統(tǒng)，它的橫擺裝置就是機器人末端，國產(chǎn)機器人目前正處于研發(fā)階段，還沒有能夠商品化的

6、機器人產(chǎn)品，而進口機器人由于知識產(chǎn)權(quán)保護等原因不可能開放底層接口，供研發(fā)人員進行擺動電弧焊縫跟蹤開發(fā)。這些限制了電弧傳感器的應(yīng)用范圍。其二，對電弧傳感器信號的處理也是難點之一，因為弧焊過程有許多對信號采集與處理不利的因素，像短路電流的干擾，熔池液態(tài)金屬波動或流動的干擾等。這些不利因素導致了焊接電流是由長時低頻成分和短時高頻成分組成的非平穩(wěn)信號。其三，控制方法的選擇，傳統(tǒng)的PID控制已經(jīng)無法滿足復雜、非線性的焊接過程，而采用自適應(yīng)智能控制是一個比較好的解決方法，但實現(xiàn)起來又會遇到運算量大等問題，不容易實現(xiàn)實時控制。