焊接电弧传感器的研究现状和对未来的展望

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焊接电弧传感器的研究现状和对未来的展望

焊缝跟踪是保证焊接质量和焊接自动化的前提，而传感器是实现这一前提的基础。焊接传感器根据传感方式的不同可以分为附加式传感器和电弧传感器两大类。传统的焊缝跟踪传感器多数是附加式的，例如，接触式传感器、电磁传感器和各种光学传感器，这类传感器共同的问题就是传感器与电弧是分离的，传感器的检测点离开电弧有一定的距离，在焊接大弧度的焊缝时会影响跟踪效果。而电弧传感器利用焊接过程中的电弧电流波形或电弧电压波形的变化来获得电弧中心是否偏离焊缝作为传感信息，实时性强，跟踪效果好。电弧传感器的最大优势在于它的抗弧光、高温及强磁场能力很强, 同时它与焊接电弧总是统一的整体,结构简单紧凑，成本也较低，目前, 电弧传感器作为一种焊接传感手段倍受各国重视, 国外许多焊接设备研究和制造机构都在努力开发这一领域。工业发达国家的研究起步较早, 已研制出多种电弧扫描形式(如双丝并列、摆动和旋转) 的电弧传感器, 适合于埋弧焊、TIG和MIG／MAG 等不同焊接方法, 有些已用于焊接生产。许多国家所生产的弧焊机器人上均配有摆动式电弧传感跟踪装置。　　1 电弧传感器的分类　　1.1摆动扫描式电弧传感器　　摆动扫描式电弧传感器是目前应用最广的一种焊接电弧传感器，这种电弧传感器需要一套摆动装置，在焊缝的横向方向来回摆动而实现焊缝跟踪。用在弧焊机器人上的摆动电弧传感器不需要摆动装置，通过机器人手臂带动焊枪作横向摆动即可。但受机器人结构因素的影响，机器人的摆动频率一般在10Hz以下，如图1a所示。在高速焊接和焊缝弧度大的情况下，其跟踪效果会受到影响。　　M KODAMA发明了一种电磁高速摆动电弧传感器，这种电弧传感器的两侧分别有永磁铁和激励线圈，当激励线圈通过一定频率的直流电流时，导电杆便会产生一定频率的摆动，从而实现焊缝的跟踪。这种高速摆动的电弧传感器的摆动频率一般可在0～40Hz之间可调，摆幅0～4mm可调，最大焊接速度400mm/秒。其特点是体积小，重量在1Kg以下，其结构如图1b所示。　　1.2双丝并列电弧传感器　　这种电弧传感器利用两个彼此独立的并列电弧对工件进行施焊，其左右两焊丝的焊接电流（电压）差值提供两个电弧之间的中心线是否偏离焊缝的信息，据此可实现焊缝跟踪。根据两个电弧参数和参考值比较的差值也可以实现导电嘴与工件表面间距离的调整。这种传感方式是利用电弧静态特性参数的变化作为传感信号，同时要用两个参数相同的独立回路电源并列进行坡口焊接，焊枪结构较复杂，实现上有一定的困难，所以实用上受到限制。

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