新型旋转电弧传感系统的研究

ByGrith4

  g* @) \+ l! H, E) @( \- @摘要:介绍了 旋转电弧传感器用于焊缝跟踪的工作原理。针对空间狭窄、折角变化大的焊缝跟踪场合,
研制了一种结构更紧凑,工作更稳定的新型旋转电弧传感器。设计了电弧传感器的旋转位置检测电路和
以单片机为核心控制器的转速闭环及调速控制电路。实验证明:所设计的电路抗千扰强、测位可靠转速
稳定、调速准确。该传感系统已在轮式移动焊接机器人焊缝跟踪控制系统中得到成功应用。
1 k% {) ~$ m5 Y( m4 C关键词:焊接;电弧传感器;旋转电弧;单片机
0引言
$ V! d8 @% j$ J9 k电弧传感方法是利用焊接电流作为传感信息,不需要
) d5 N; K; v9 I& y$ m在焊炬附近另加传感器,其信号检测点就是焊接电弧点,不
/ s& V: n8 g: P/ ^" \存在传感器位置导前误差,是完全实时的传感器,且不怕电
4 K6 e. x% t) z弧的飞溅、烟尘、弧光干扰、成本低,对于实现焊接过程自动
化智能化具有重要的应用价值']。
电弧传感器包括并列双丝电弧传感器、摆动式电弧传
感器和旋转电弧传感器。旋转电弧传感器利用旋转电弧的
方式代替了摆动电弧,其突出的优越性在于扫描频率高。
" ^. w4 Q  q3 R. _& J6 L通过高速旋转增加了焊枪位置偏差的检测灵敏度,可极大
改善跟踪精度,提高了快速响应特性,适用于高速焊接和薄
! G! e* a" b" i6 a% l- G7 C# y板搭接的焊缝跟踪。因此,旋转电弧传感器将在弧焊过程
+ g# I- N. T1 g6 C0 p* [自动控制领域占有重要的位置。
1旋转电弧焊缝跟踪原理
电弧传感的基本原理是利用焊枪与工件距离变化而引
8 g  A4 D7 b, k5 C- C7 H7 H9 E5 V起的焊接电流参数变化来探测距离高度和左右偏差。在等
$ b  ~6 `, P8 |1 B6 |% A速送丝调节系统中,送丝速度保持恒定,焊接电源一般采用
! A3 H( o9 J/ N$ Y1 s平或缓降的外特性,在这种情况下，焊枪与工件距离的变化
+ }8 R4 r( J- O/ I2 y; q9 z
: s' f3 a6 |8 q* e# O; q  Z会引起电弧弧长的变化，焊接电流将随着电弧长度的变化
而变化。距离越大,电弧越长，焊接电流越小2。电弧传
4 K; ]# ^! I0 l  ^; U5 _感器通过对变化的焊接电流进行检测,得到焊枪距工件高
度的偏差,达到控制的目的。
8 U3 Q& p. t# P& p- g7 b/ v; {根据电弧传感的原理,将电弧旋转用于焊缝跟踪,工作
原理如图1所示。以V形坡口焊缝跟踪为例,焊炬以半径r

在坡口、上顺时针扫描。F,B,L,R 分别表示旋转电弧位于
: ]5 G; t: p9 P/ v( W% j$ k/ `熔池的前、后.左.右4个方向。在(a)图中,焊炬与V形坡
口对中扫描,电弧弧长的变化波形如(c)图中虚线所示。
3 n/ }6 J" }+ x# I以F点为中点,其到之前的L点与到之后的R点的波形对.
! m5 o( a$ g7 U& Q% N称,因此,两边电弧电流的波形也是对称的。对两边的电弧
% r) v; t9 E0 ?$ ]- @7 z5 r电流波形进行积分再相减,其结果为0,即偏差为0。在
(b)图中,焊炬偏向右边,弧长的波形如(c)图中实线所示。.
弧长波形不对称,电弧电流波形也不对称,对两边电弧电流
) L5 K  x  A. L4 x5 q积分相减将得到-一个负值,即偏差为负。通过波形分析得.
' F( I0 w3 k! A; C9 N) G出,利用电弧旋转扫描可以得到焊炬相对坡口的横向偏差
3 {6 I- H6 Q9 }8 ]与高度偏差。
2旋转电弧传感器的结构
, ?4 N5 y& h- F: H9 @新型旋转电弧传感器延用了旧式传感器空心轴电机驱
$ Q6 ?# ?$ A$ J" l动的结构。在空心轴上,通过同轴安装的同心轴承支承导
1 E9 q8 [; b# F, I电杆。在空心轴的下端偏心安装调心轴承,导电杆安装于
该轴承内孔中,偏心量由滑块来调节。焊丝从空心轴通过，
当电机转动时,下调心轴承将拨动导电杆作为圆锥母线绕
- g8 w% `- \& k4 ?6 i  \电机轴线作公转,使焊丝作圆锥摆动。这样的设计省去了
传动齿轮,摩擦力矩减小,不但结构轻巧,而且，运转可靠性
$ w, D  M$ N2 x高。
该传感器在旧式旋转电弧传感器的基础上，在结构上
# F9 X3 A& q" A- M1 v2 ]- k又做了进一步的改进。在针对传感器的体积方面将传感
器体积压缩,各模块设计的更紧凑,并且，把送气管道和
# D: K/ X$ F6 T& P& s& j9 M7 r送水管道设计在传感器内部，采用全密封的结构,与其他
模块隔离开来;针对传感器振动方面，对其运动学和振动
3 [# M# u9 `3 ^& I# F& Q进行分析，对转轴两边的平衡进行计算,采用更加精确的
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Balata

焊接电流将随着电弧长度的变化而变化