探究弧焊機器人電弧傳感跟蹤技術的應用

于輝 葉軍潔

摘要：焊接機器人在使用時，電弧傳感跟蹤技術是完成焊接作業的核心技術之一?？紤]到電弧傳感器易受到外部因素的影響，在使用時需做好基礎研究，建立可靠的數學模型，構建電弧位置與焊接質量的關系公式，繼而提升傳感器跟蹤效果。未來，弧焊機器人電弧傳感器跟蹤技術會向著集成化、智能化、自動化方向進一步發展，推動弧焊設備的革新。

關鍵詞：弧焊機器人;電弧傳感跟蹤技術;應用

引言

隨著智能制造技術的不斷發展，車間自動化水平不斷提升，機器人正在逐漸取代部分崗位，實現了無人化生產。利用機器人進行工業生產，生產效率高，降低了人為誤差，企業生成能力提升，如焊接機器人、物流機器人、上料機器人等等，其中焊接機器人應用十分廣泛，焊接機器人在使用時，電弧傳感跟蹤技術是完成焊接作業的核心技術之一，本文從電弧傳感跟蹤技術應用入手，研究其應用特點，應用范圍以及應用前景。

一、弧焊機器人工作原理

弧焊機器人組成部分主要包括工業機器人本體、示教器、電氣控制系統。因為弧焊工藝較為復雜，在焊接作業中，焊絲端頭的運動軌跡、焊槍姿態、焊接參數都必須要做到精準控制?；『笝C器人的工作原理如圖 1所示，在確定各系統運行正常的情況下，將弧焊機器人位置找正，然后啟動胡漢清機器人按照示教路線進行焊接工作，到焊接完成以后，發出控制信號，焊弧熄滅，焊接作業停止，完成一道次的焊接工作。

二、電弧傳感跟蹤技術概述

所謂的傳感跟蹤技術是近現代在焊接工藝上使用一種新技術，其實質是保證焊接電弧對準焊接位置，保證焊接成型質量，其工作的原理是利用傳感器探測電弧偏離焊縫的位置信息，然后反饋到機器人處理終端或者分析端，偏離值與設定閾值相比較，若超過設定閾值，則控制中心就會發出調整信號，調節電弧與焊縫的位置，使偏離值不超過閾值，繼而保證焊接質量。針對電弧傳感跟蹤，其核心在于人實時檢測并聯電阻，并將信號反饋給電弧傳感電路板，繼而完成焊接位置的調整。

因此電弧傳感跟蹤技術的重難點在于以下幾個方面：

）傳感器探測能力，焊接工作區是高溫工作區，溫度會對于傳感器產生干擾，繼而影響測量精度，因此必須要使用高精度的、高穩定性的傳感器。常用的傳感器包括電弧傳感器、電磁感應傳感器、光電式傳感器以及機械傳感器，相對來說電弧傳感器性價比高，結構簡單，相應較快。

）控制系統精度，目前我國機械制造水平不斷提升，但是系統軟件開發方面與國外發達國家還有一定的差距，營銷了我國高端設備的發展。如果缺乏良好的、可靠的控制系統，也就無法完成高精度的調節控制，因此如何提高控制精度，也是面臨的一大挑戰。

三、電弧傳感跟蹤技術的應用現狀

3.1 電弧傳感技術在焊縫跟蹤中的應用

電弧傳感技術在焊縫跟蹤中應用越來越廣泛，利用電弧傳感技術，可以對焊接路徑進行獨立的，實時的修正，保證焊接位置達到昀優，從而完成各種焊縫的作業，如 V型、U型以及角焊縫。但是在使用過程中，仍有一些不足之處，從上文的論述可知，在焊接過程中根據需要實時調整焊槍，但是在一些場合，焊槍不能隨意運動，限制了電弧傳感跟蹤技術的應用。其次，電弧傳感信號易受到外部因素的影響，例如焊槍的姿態、焊接速度、工作環境以及焊接功率，因此在該技術使用時，要根據不同的情況，確定昀優的焊接參數，才能夠保證焊接質量，在這個過程中，需要進行大量的基礎研究，才能夠不斷實現優化目的。

3.2 不同電弧傳感技術在跟蹤焊縫中的應用

除了常見的電弧傳感器還有一種磁控電弧傳感器，洪波，來鑫，魏復理等（2008）基于磁控電弧傳感器，研究其在焊縫追蹤中的應用，研究觀點認為傳統的機械擺動式電弧傳感器機械結構較為復雜，提交大，并且伴有噪音等問題，焊接作業環境差，而磁控電弧傳感器結構相對簡單，應用更為方便。在焊縫跟蹤過程中，研究人員首要一點是建立的了相關的數學模型，該模型建立了電弧傳感器的數學模型，獲得焊炬高度變化、電弧參數的變化關系，繼而解決焊縫跟蹤的關鍵問題。因此在未來的電弧跟蹤技術中，如何能夠建立一種模型，將所需要考慮的因素囊括進去，也是未來研究重點。

3.3 電弧傳感跟蹤技術應用實例分析

電弧傳感器在弧焊機器人中應用廣泛，例如在管道焊接方面，國外將雙絲管道全位置焊接機器人與電弧傳感器跟蹤技術集成在管道焊接之中，例如美國的 CRC、法國的 DASA等等。利用雙絲焊接機器人與傳感跟蹤技術相結合，采用恒流特性的焊接電源，傳感器數據采集利用截止頻率為 50赫茲的硬件低通濾波器，利用區域移動平均算法，來計算焊縫偏差，繼而完成焊縫偏差的測定。其次采用歐冠凸輪高速擺動裝置，完成對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寬度自適應控制。

四、電弧傳感跟蹤技術發展趨勢

隨著電弧傳感技術的發展，未來電弧傳感技術會越來越成熟，應用會越來越廣泛。根據現在的應用狀況，電弧傳感技術未來在以下方面需要進一步改進或者優化。

4.1 加強基礎研究

從上文了解到，電弧傳感跟蹤技術受到多因素的影響，因此想要提高跟蹤技術的精度，必須要建立數學模型，繼而完成經驗值向計算值的轉變。數學模型的建立必須要建立在大量研究基礎之上，目前國內諸多大學在不斷的拓寬基礎研究范圍，基礎研究在未來一段時間仍是研究主要方向之一。

4.2 多元功能的開發

在一些大型焊件焊接過程中，焊接母材厚度達到 200毫米，一般需要多層、多道次焊接，受到熱力學影響，焊接變形量大，傳統的傳感器跟蹤技術測量精度達不到要求，影響了焊接質量。因此在現有的電弧傳感技術之上，可以添加視覺跟蹤技術、多方位探測技術等，來提升探測精度，保證焊接質量。對于自動埋弧焊設備，由于焊接熱燃燒放在焊劑中，因此視覺傳感器無法有效地進行感應跟蹤。根據焊接位置和坡口形式，采用紅外輔助感應定位，控制焊接軌跡，控制焊接質量。

4.3 智能化集成化方向發展

隨著網絡技術、智能技術、電子技術的發展，焊接機器人的電弧傳感系統會朝著智能化方向發展，系統有自主學習能力，根據實際焊接情況，工作環境，進行自適應調節，進一步提升弧焊機器人自動化水平的提升，保證焊接質量。

結束語

基于電弧傳感器的弧焊機器人跟蹤技術在焊接作業中應用越來越廣泛，更加精準的信號測量和系統控制，進一步提高了焊接質量。在實際的應用過程中，考慮到電弧傳感器受到外部因素的影響，在使用時應該做好基礎研究，建立可靠的數學模型，構建電弧位置與焊接質量的關系公式，繼而提升傳感器跟蹤效果。未來，弧焊機器人電弧傳感器跟蹤技術會向著集成化、智能化、自動化方向進一步發展，應用領域會越加廣泛，各種新型的傳感跟蹤設備被研發使用，推動弧焊設備的革新。

參考文獻

[1]賈劍平，徐坤剛，李志剛，et al.電弧傳感器技術在焊縫跟蹤中的應用[J]. 機電技術，2008（01）：62-64.

[2]洪波，來鑫，魏復理，et al.基于磁控電弧傳感器的焊縫跟蹤系統[J]. 傳感技術學報，2008（05）：883-886.Jean-Paul Boillot，陳志翔.適合焊接應用的智能激光視覺傳感技術[J]. 焊接（5）：4-7.

[3]羅雨，陳儀平，焦向東，et al.基于擺動電弧傳感的管道焊接焊縫跟蹤技術研究現狀[J]. 電焊機，2016，46（8）：1-5.