焊接自動化具有提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件等優(yōu)點，能夠大力促進制造業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，而焊縫跟蹤技術(shù)是實現(xiàn)焊接自動化的必要技術(shù)，因此，發(fā)展焊縫跟蹤技術(shù)具有重要意義

焊縫自動跟蹤技術(shù)概述

焊縫自動跟蹤系統(tǒng)一般有傳感器、控制器、執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成，常構(gòu)成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。焊縫自動跟蹤系統(tǒng)是一定程度上的智能控制系統(tǒng)，要提高焊縫跟蹤系統(tǒng)的精度，除了在軟件方面的改進之外，還需要以上三大部分硬件方面的提升：1、自動跟蹤傳感器方面。設(shè)計更加靈敏的傳感器，使系統(tǒng)具有更強的實時性。2、控制器方面。設(shè)計功能強、成本低的控制器硬件，設(shè)計更加合理有效的協(xié)調(diào)各自由度運動控制的原理與方法。3、執(zhí)行機構(gòu)方面。需要設(shè)計出更為合理的自由度配置形式和結(jié)構(gòu)，以保證機構(gòu)更為輕便、運動靈活。

焊縫跟蹤傳感器的發(fā)展狀況

設(shè)計和發(fā)展智能化的焊接自動化系統(tǒng)是保證焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善勞動條件的重要手段，也是目前焊接技術(shù)的發(fā)展方向。世界上許多著名的焊接設(shè)備設(shè)計和制造機構(gòu)都在努力開發(fā)這一領(lǐng)域。焊接過程自動控制系統(tǒng)首先要解 決的問題是焊縫跟蹤。經(jīng)過幾十年的設(shè)計和實踐，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進步，而新型傳感器的不斷出現(xiàn)正是這一進步的標志。

對于焊接傳感器，目前還沒有形成統(tǒng)一的定義。大家普遍認為，一個傳感器，如果能夠檢測到焊接質(zhì)量的外部和內(nèi)部狀況（比如坡口變化、溶池子尺寸、溫度變化、電弧聲光等特征信息），并能將檢測值作為信號輸出，以監(jiān)測和控制焊接生產(chǎn)過程，就可以稱之為傳感器。

焊接傳感器是焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。在整個系統(tǒng)中的作用是精確檢測出焊縫的位置和形狀信息并轉(zhuǎn)化為電信號。控制系統(tǒng)之后再對信號進行處理，并根據(jù)檢測結(jié)果，控制自動調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整焊槍位置，從而實現(xiàn)焊縫自動跟蹤。

跟蹤傳感器從原理上來分有多種形式。其中比較重要的有接觸式傳感器、電磁傳感器、直接式的電弧傳感器和間接式的光電傳感器。

最早使用的是接觸式傳感器。但是由于磨損大，易變形等，所以不適用于高速焊接。

針對壓力容器中采用最多的I型坡口，使用電磁傳感器的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)能較好的實現(xiàn)壓力容器焊接過程中的焊縫自動跟蹤。其理論基礎(chǔ)為電磁理論。對于液壓支架的焊接，此種傳感器不適合。其原因在于傳感器與焊絲之間有一定的距離，難以實現(xiàn)液壓支架角型焊縫的實時跟蹤。

電磁式傳感器按頻率分為高頻式（渦流傳感器）和普通頻率式兩種，高頻式（渦流）傳感器的頻率為30-160KHz，而普通式的頻率低于10KHz。它的不足是容易受到焊接過程中的電磁噪聲和工件錯邊的影響產(chǎn)生電磁誤差信號。

聲學傳感器尤其是超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，精度高，價格便宜。超聲波傳感器主要由超聲波發(fā)生和接收裝置兩大部分組成。超聲波傳感器的測量精度主要取決于超聲波的頻率，頻率越高，誤差越小，一般超聲波的頻率在1.25-2.5MHZ。

超聲波傳感器不易受焊接中的電磁、光、煙塵等干擾，但需要貼近工件，又對噪聲比較敏感，因而容易受到噪聲干擾，如CO2焊接的應用中就有一定的限制。

電弧傳感器的工作原理：在焊接過程中，焊槍與工件之間的相對位置發(fā)生變化時，會引起電弧電壓和電流的變化，這些變化都可以作為特征信號被提取出來，用于實現(xiàn)焊槍高低和左右兩個方向的跟蹤控制。電弧傳感器以電弧本身為傳感器，相對其它傳感器來說，它結(jié)構(gòu)更加簡單，保用方便靈活，它的最大優(yōu)勢是它能抗弧光，高溫及強磁場能力很強。因為它不受弧光、磁場、飛濺、煙塵等干擾，因而，它具有響應快、精度高，抗干擾強等特點。它的缺點如下：由于它是以電弧本身作為檢測元件，所以只有在焊接過程中才能發(fā)揮作用。另外，焊槍的擺動或旋轉(zhuǎn)機構(gòu)比較復雜，電弧各參數(shù)間耦合性很強，實際得到的波形未達到預期的效果，故需要對所得的數(shù)據(jù)進行濾波，且控制量需要根據(jù)大量的實驗經(jīng)驗來確定，對于無對稱側(cè)壁或根本無側(cè)壁的接頭形式，現(xiàn)有的傳感器不能識別，也不能實現(xiàn)對焊接起始點與終止點的自動檢測。國內(nèi)外已做了很多電弧傳感器的焊縫跟蹤方面的工作。

電弧擺動的實現(xiàn)有多種方法，可以通過擺動焊炬，也可以是焊炬不動，通過電磁力來驅(qū)動電弧擺動，或者將氣體吹入電弧中，利用熱收縮效應使電弧擺動。

光學傳感器精度高、再現(xiàn)性好，可以實現(xiàn)對坡口形狀、寬度和截面的檢測和焊縫跟蹤,為焊接參數(shù)的自適應控制提供依據(jù)。光電傳感器又可以分為基于分立光電元件的單點式光電傳感器和能夠獲得坡口圖像信息的視覺傳感器。

視覺傳感器能夠檢測坡口二維圖像信息，由于其包括的信息多、靈敏度高、動作相應快,成為最新式、功能最強、性能最先進的焊縫自動跟蹤傳感器。利用視覺傳感器的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)是未來焊接自動化的發(fā)展趨勢。根據(jù)輔助光源形式的不同，焊縫跟蹤視覺傳感器可以分為基于結(jié)構(gòu)光的視覺傳感器和基于光點掃描的視覺傳感器。與采用結(jié)構(gòu)光的視覺傳感器相比較,采用光點掃描獲得二維圖像信息的視覺傳感器的缺點是所使用的振鏡結(jié)構(gòu)復雜,價格昂貴。

視覺傳感器所能獲得的信息量大，同時，隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，大大提高了焊接系統(tǒng)的外部適應能力。特別是CCD傳感器因其可靠的性能、清晰直觀的圖像和良好的使用效果而得到了普遍的重視。例如，線陣CCD圖像傳感器,它的白熾燈光通過光導纖維投射在工件上形成圓形光斑，其反射光成像于上方的器件上，由于是線陣（包含個光敏單元），僅獲得光斑中與焊縫垂直的一條線的信號，與工件表面對應的光敏單元信號強，與縫隙對應的光敏單元信號弱，用微機處理256這個信號，即可求出焊線中心線的位置，用于自動跟蹤。這類傳感器由于光斑面積大，如何提高其光照度以獲得必要的信噪比是其關(guān)健。

單點式光電傳感器相對視覺傳感器來說，它的結(jié)構(gòu)更加簡單，對相應設(shè)備的要求條件沒那么高，價格更加便宜，在滿足跟蹤精度要求的條件下，更容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對提高國內(nèi)的焊接自動化水平大有裨益。但它采集的信息量相對視覺傳感器要少，對實驗的條件和環(huán)境要求較高，抗干擾能力有待提高。

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