焊接机器人的传感器系统,测出焊口的位置和形状信息

焊接机器人所用的传感器要求准确的检测出焊口的位置和形状信息，然后传送给控制器 进行处理。在焊接的过程中，存在着强烈的弧光、电磁干扰及高温辐射、烟尘等因素，并伴 随着物理化学反应，工件会产生热变形，因此，焊接传感器也需要具有很强的抗干扰能力。

弧焊用传感器分为电弧式、接触式、非接触式。按用途分有用于焊缝跟踪、焊接条件控 制。按工作原理分为机械式、光纤式、光电式、机电式、光谱式等。据日本焊接技术学会所 做的调查显示，在日本、欧洲及其他发达，用于焊接过程的传感器有80%是用于焊缝 跟 踪 的 。

①摆动电弧传感器。电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，实时性好，不需要在焊枪上附加任何装置，焊枪运动的灵活性和可达性好，尤其符合焊接过程低 成本自动化的要求。电弧传感器的基本工作原理是：当电弧位置变化时，电弧自身电参数相 应发生变化，从中反映出焊枪导电嘴至工件坡口表面距离的变化量，进而根据电弧的摆动形 式及焊枪与工件的相对位置关系，推导出焊枪与焊缝间的相对位置偏差量。电参数的静态变 化和动态变化都可以作为特征信号被提取出来，实现高低及水平两个方向的跟踪控制。

目前广泛采用测量焊接电流I 、 电弧电压U 和送丝速度v 的方法来计算工件与焊丝之间的距离H=f(I,U,v), 并应用模糊控制技术实现焊缝跟踪。电弧传感结构简单、响应速度快，主要适用于对称侧壁的坡口(如 V 形坡口),而对于那些无对称侧壁或根本就无侧壁的 接头形式，如搭接接头、不开坡口的对接接头等形式，现有的电弧传感器则不能识别。

在弧焊机器人的第6个关节上，安装一个焊炬夹持件，将原来的焊炬卸下，把高速旋转扫描电弧传感器安装在焊炬夹持件上。焊缝纠偏系统如图6-7所示，高速旋转扫描电弧传感 器的安装姿态与原来的焊炬姿态一样，即焊丝端点的参考点的位置及角度保持不变。

③ 电 弧 传 感 器 的 信 号 处 理 。 电 弧 传 感 的 信 号 处 理 主 要 采 用 极 值 比 较 法 和 积 分 差 值 法 。

理想的条件下可得到理想的结果，但仕非V 形坡口及非射流过渡焊时，坡口识别能 力差、信噪比低，应用遇到很大困难。为进一步扩大电弧传感器的应用范围，提高其可靠 性，在建立传感器物理数学的模型的基础上，利用数值仿真技术，采取空间变换，用特征谐 波的向量作为偏差量的大小及方向的判据 。