弧焊的檢測裝置

Ⅰ 焊接機器人的用途

1、焊接機器人應用廣泛，焊接變壓器體積小而輸出能量大
焊接機器人應用於汽車工業中之一體式變壓器速焊鉗更見其優越處。而其優越性能乃因其焊接變壓器頻率由現時之市電50/60Hz提升至1000Hz，極大地減少了鐵芯材料的重量，再加上變壓器次級迴路中的整流二極體把電能轉為直流電源供給焊接使用。這樣可以大大的改善次級迴路感應系數值,這是一個引致能量損失的重要因素,在直流焊接迴路中幾乎是可以不予考慮的，從而將生產成本降至最低。
2、焊接機器人應用於高質量、高精度的以轉軸的各類工件焊接
廣泛應用於高質量、高精度的以轉軸的各類工件焊接，適用於電力、電氣、機械、汽車等行業。如果採用手工電弧焊進行轉軸焊接，工人勞動強度極大，產品的一致性差，生產效率低，僅為2-3件/小時。採用自動焊接工作站後，產量可達到15-20件/小時，焊接質量和產品的一致性也大幅度的提高。
以上兩點就是焊接機器人的用途，我國製造業在轉型升級期對生產工藝與設備提出了更高的要求，因此為數字化智能裝備在企業的快速應用提供了強大的驅動力。焊接作為生產過程中重要工藝之一，自動化、智能化焊接裝備的應用自然成為各企業關注的熱點。

Ⅱ 熔深的檢測

穿孔等離子弧焊的熔深檢測
小孔型等離子弧焊具有熱輸入能量集中，焊縫深寬比大，焊接效率高以及可以在中厚管、板材料焊接時實現一次焊透，單面焊雙面成形等特點。但小孔的不穩定使等離子弧焊不能獲得良好的焊縫成形，大大限制了等離子弧焊的廣泛應用。在等離子弧熔透控制、小孔控制方面，國內外已開展了大量的研究，先後提出了多種小孔行為的檢測方法，如尾焰電壓、電弧弧光強度、聲音信號、熔池圖像信號、多感測信息融合等，取得了許多成果，但這些方法僅能提供小孔是否穿透的信息，而不能夠或不能很清晰、很准確地反映熔池熔深的情況，在實際應用中也存在一定的局限性。因此，開發簡單、實用、可靠且低成本的等離子弧熔透控制感測器，成為等離子弧熔透控制亟待解決的問題。
該研究首次利用鞘層電壓來獲知等離子雲噴射角，獲知熔深熔透的情況，從而為等離子弧焊接質量控制提出了新的研究方向。
1. 等離子雲及其形態變化
所謂等離子雲，就是在等離子弧焊接過程中，由於等離子弧的能量高度集中、密度大、溫度高、焰流速度大，在等離子弧與金屬作用區內，金屬蒸發極為劇烈，形成的高溫金屬蒸氣和焊接保護氣體在電弧作用下發生離解，當焊接小孔未形成時，在焊接等離子弧的尾部(與焊接方向相反)出現一個自熔池射出的小弧，其形狀就像一個翅膀，因此，稱它為弧尾翼或等離子弧反翹或等離子雲。在文獻[5]中，詳細介紹了小孔形成與閉合時電弧形態的變化。小孔從無到有，等離子雲也完成一個周期的擺翹，即在小孔形成前，隨著焊接過程的進行，或者說，隨著焊接熔深的增大，等離子雲與工件表面之間的夾角θ也逐漸增大。在小孔即將形成時，其夾角θ達到最大值，此後，等離子雲迅速下擺，在工件背面尾焰出現，即小孔形成。也就是說，當焊接小孔形成後，從焊接熔池正面已經看不到電弧等離子雲了，或者是等離子雲上擺很小。因此，電弧等離子雲的形態可以表徵焊接熔池小孔或者熔深的特徵信息。
2. 試驗系統和條件
試驗系統是由馬來西亞生產的TG300P電源，ThermalDynamics公司生產的PWM300專用等離子弧焊槍，PLC進行自動控制器，循環冷卻系統，探針檢測裝置，馬來西亞Agilent公司生產的記憶示波器S4622A等組成。焊接時焊槍固定不動，探針位置也固定，小車帶動工件移動。探針檢測裝置原理如圖2所示，電容為0.01μF，電阻為9MΩ。焊接材料是45*低碳鋼，記憶示波器S4622A記錄鞘層電壓變化情況，工件接示波器正端，探針接示波器負端。通過檢測電路中的電壓信號就可以檢測到等離子雲的特徵信息，從而得到等離子雲噴射角的特徵行為信息，最終得到等離子雲噴射角與熔池熔深的信息。
3. 探針檢測原理
探針檢測實際上是利用了等離子體鞘層理論。所謂等離子體中的「鞘層」理論，就是當一個冷的物體浸入等離子體時，等離子體表現出與普通氣體截然不同的性質，若物體表面是不發射離子的或吸收離子的，則在物體進入等離子體後，物體表面形成一個帶負電位的薄層暗區，這個薄層被稱為「鞘層」，它把等離子體與物體分開。在這一區域，電子數和正離子數是不同的，明顯偏離電中性，其電位也是單調遞增的。採用探針檢測等離子雲時，是將探針插入等離子體中，由於工件為參考「地」電位，因此，探針與工件之間可以檢測到一負電壓值，該電壓即是其「鞘層電壓」，這就是在無源探針檢測法中無需外加電源的原因。
4. 等離子雲噴射角的檢測
無外加電源探針檢測等離子雲的目的主要是為了對小孔等離子弧焊接的熔透熔深進行控制。在某個給定的焊接電流下，將探針從遠處逐漸向等離子雲中心移動。從圖2可知，探針檢測到的鞘層電壓隨著探針距等離子雲中心距離的減小而不斷增大，當探針達到等離子雲中心位置(C點)時，鞘層電壓最大，這時點C與電弧中心點O連線與工件之間的夾角θ就是給定焊接電流下的等離子雲噴射角。測出點C的x方向上的長度和y方向上的長度，可求出相應的等離子雲噴射角θ。為了進行焊接熔深及熔透控制，還需要知道此焊接電流所對應的熔深。這樣，才能找出等離子雲噴射角與熔深的關系，從而實現熔透控制。把不同焊接電流下的焊縫切開分別測其熔深，可以知道等離子雲噴射角與熔深的關系。通過實時檢測等離子雲噴射角來獲得熔深的狀態，以便在焊接過程中獲取可以反映工件熔透狀態、表徵小孔特徵行為的信息，從而進行焊接熔深及熔透控制。使電流從55~85A之間變化，然後分別找出不同焊接電流、等離子雲噴射角及熔深的對應關系。把不同焊接電流下的焊縫切開來經過處理，可以測出相應的焊縫熔深。在其他焊接參數不變的條件下，隨著焊接電流的增大，焊接熔深增加，為了找出不同電流的熔深與等離子雲噴射角的對應關系，需測出不同電流的熔深及相應的等離子雲噴射角。使電流從55~85A之間變化，然後分別找出不同焊接電流、等離子雲噴射角及熔深的對應關系。把不同焊接電流下的焊縫切開來經過處理，可以測出相應的焊縫熔深。在其他焊接參數不變的條件下，隨著焊接電流的增大，焊接熔深增加，為了找出不同電流的熔深與等離子雲噴射角的對應關系，需測出不同電流的熔深及相應的等離子雲噴射角。不同焊接電流下的熔深、等離子雲噴射角及相應檢測到的鞘層電壓，隨著焊接電流的增大，熔深增大，對應的等離子雲噴射角也增大，當焊接電流為85A，小孔即將形成時，或者說工件即將熔透時，噴射角達到最大。用坐標的形式可以更明顯地顯示出熔深與等離子雲噴射角的關系，該關系曲線為等離子弧焊接的熔深熔透的控制奠定了基礎。
5. 結論
實驗證明，等離子雲噴射角在小孔熔透控制中有著重要的作用，它是表徵小孔熔透特徵信息的重要參數，通過檢測等離子雲噴射角的大小可以判斷熔深情況。在小孔等離子弧焊接中，可通過檢測等離子雲噴射角的變化來獲取熔深的信息，再通過調節焊接電流來實現熔透控制。

Ⅲ 焊接機器人的組成結構

焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制櫃（硬體及軟體）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。對於智能機器人還應有感測系統，如激光或攝像感測器及其控制裝置等。圖1a、b表示弧焊機器人和點焊機器人的基本組成。
世界各國生產的焊接用機器人基本上都屬關節機器人，絕大部分有6個軸。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態的不同要求。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式：一種為平行四邊形結構，一種為側置式（擺式）結構，如圖2a、b所示。側置式（擺式）結構的主要優點是上、下臂的活動范圍大，使機器人的工作空間幾乎能達一個球體。因此，這種機器人可倒掛在機架上工作，以節省佔地面積，方便地面物件的流動。但是這種側置式機器人，2、3軸為懸臂結構，降低機器人的剛度，一般適用於負載較小的機器人，用於電弧焊、切割或噴塗。平行四邊形機器人其上臂是通過一根拉桿驅動的。拉桿與下臂組成一個平行四邊形的兩條邊。故而得名。早期開發的平行四邊形機器人工作空間比較小（局限於機器人的前部），難以倒掛工作。但80年代後期以來開發的新型平行四邊形機器人（平行機器人），已能把工作空間擴大到機器人的頂部、背部及底部，又沒有測置式機器人的剛度問題，從而得到普遍的重視。這種結構不僅適合於輕型也適合於重型機器人。近年來點焊用機器人（負載100～150kg）大多選用平行四邊形結構形式的機器人。
上述兩種機器人各個軸都是作回轉運動，故採用伺服電機通過擺線針輪（RV）減速器（1～3軸）及諧波減速器（1～6軸）驅動。在80年代中期以前，對於電驅動的機器人都是用直流伺服電機，而80年代後期以來，各國先後改用交流伺服電機。由於交流電機沒有碳刷，動特性好，使新型機器人不僅事故率低，而且免維修時間大為增長，加（減）速度也快。一些負載16kg以下的新的輕型機器人其工具中心點（TCP）的最高運動速度可達3m/s以上，定位準確，振動小。同時，機器人的控制櫃也改用32位的微機和新的演算法，使之具有自行優化路徑的功能，運行軌跡更加貼近示教的軌跡。