弧焊的检测装置

Ⅰ 焊接机器人的用途

1、焊接机器人应用广泛，焊接变压器体积小而输出能量大
焊接机器人应用于汽车工业中之一体式变压器速焊钳更见其优越处。而其优越性能乃因其焊接变压器频率由现时之市电50/60Hz提升至1000Hz，极大地减少了铁芯材料的重量，再加上变压器次级回路中的整流二极管把电能转为直流电源供给焊接使用。这样可以大大的改善次级回路感应系数值,这是一个引致能量损失的重要因素,在直流焊接回路中几乎是可以不予考虑的，从而将生产成本降至最低。
2、焊接机器人应用于高质量、高精度的以转轴的各类工件焊接
广泛应用于高质量、高精度的以转轴的各类工件焊接，适用于电力、电气、机械、汽车等行业。如果采用手工电弧焊进行转轴焊接，工人劳动强度极大，产品的一致性差，生产效率低，仅为2-3件/小时。采用自动焊接工作站后，产量可达到15-20件/小时，焊接质量和产品的一致性也大幅度的提高。
以上两点就是焊接机器人的用途，我国制造业在转型升级期对生产工艺与设备提出了更高的要求，因此为数字化智能装备在企业的快速应用提供了强大的驱动力。焊接作为生产过程中重要工艺之一，自动化、智能化焊接装备的应用自然成为各企业关注的热点。

Ⅱ 熔深的检测

穿孔等离子弧焊的熔深检测
小孔型等离子弧焊具有热输入能量集中，焊缝深宽比大，焊接效率高以及可以在中厚管、板材料焊接时实现一次焊透，单面焊双面成形等特点。但小孔的不稳定使等离子弧焊不能获得良好的焊缝成形，大大限制了等离子弧焊的广泛应用。在等离子弧熔透控制、小孔控制方面，国内外已开展了大量的研究，先后提出了多种小孔行为的检测方法，如尾焰电压、电弧弧光强度、声音信号、熔池图像信号、多传感信息融合等，取得了许多成果，但这些方法仅能提供小孔是否穿透的信息，而不能够或不能很清晰、很准确地反映熔池熔深的情况，在实际应用中也存在一定的局限性。因此，开发简单、实用、可靠且低成本的等离子弧熔透控制传感器，成为等离子弧熔透控制亟待解决的问题。
该研究首次利用鞘层电压来获知等离子云喷射角，获知熔深熔透的情况，从而为等离子弧焊接质量控制提出了新的研究方向。
1. 等离子云及其形态变化
所谓等离子云，就是在等离子弧焊接过程中，由于等离子弧的能量高度集中、密度大、温度高、焰流速度大，在等离子弧与金属作用区内，金属蒸发极为剧烈，形成的高温金属蒸气和焊接保护气体在电弧作用下发生离解，当焊接小孔未形成时，在焊接等离子弧的尾部(与焊接方向相反)出现一个自熔池射出的小弧，其形状就像一个翅膀，因此，称它为弧尾翼或等离子弧反翘或等离子云。在文献[5]中，详细介绍了小孔形成与闭合时电弧形态的变化。小孔从无到有，等离子云也完成一个周期的摆翘，即在小孔形成前，随着焊接过程的进行，或者说，随着焊接熔深的增大，等离子云与工件表面之间的夹角θ也逐渐增大。在小孔即将形成时，其夹角θ达到最大值，此后，等离子云迅速下摆，在工件背面尾焰出现，即小孔形成。也就是说，当焊接小孔形成后，从焊接熔池正面已经看不到电弧等离子云了，或者是等离子云上摆很小。因此，电弧等离子云的形态可以表征焊接熔池小孔或者熔深的特征信息。
2. 试验系统和条件
试验系统是由马来西亚生产的TG300P电源，ThermalDynamics公司生产的PWM300专用等离子弧焊枪，PLC进行自动控制器，循环冷却系统，探针检测装置，马来西亚Agilent公司生产的记忆示波器S4622A等组成。焊接时焊枪固定不动，探针位置也固定，小车带动工件移动。探针检测装置原理如图2所示，电容为0.01μF，电阻为9MΩ。焊接材料是45*低碳钢，记忆示波器S4622A记录鞘层电压变化情况，工件接示波器正端，探针接示波器负端。通过检测电路中的电压信号就可以检测到等离子云的特征信息，从而得到等离子云喷射角的特征行为信息，最终得到等离子云喷射角与熔池熔深的信息。
3. 探针检测原理
探针检测实际上是利用了等离子体鞘层理论。所谓等离子体中的“鞘层”理论，就是当一个冷的物体浸入等离子体时，等离子体表现出与普通气体截然不同的性质，若物体表面是不发射离子的或吸收离子的，则在物体进入等离子体后，物体表面形成一个带负电位的薄层暗区，这个薄层被称为“鞘层”，它把等离子体与物体分开。在这一区域，电子数和正离子数是不同的，明显偏离电中性，其电位也是单调递增的。采用探针检测等离子云时，是将探针插入等离子体中，由于工件为参考“地”电位，因此，探针与工件之间可以检测到一负电压值，该电压即是其“鞘层电压”，这就是在无源探针检测法中无需外加电源的原因。
4. 等离子云喷射角的检测
无外加电源探针检测等离子云的目的主要是为了对小孔等离子弧焊接的熔透熔深进行控制。在某个给定的焊接电流下，将探针从远处逐渐向等离子云中心移动。从图2可知，探针检测到的鞘层电压随着探针距等离子云中心距离的减小而不断增大，当探针达到等离子云中心位置(C点)时，鞘层电压最大，这时点C与电弧中心点O连线与工件之间的夹角θ就是给定焊接电流下的等离子云喷射角。测出点C的x方向上的长度和y方向上的长度，可求出相应的等离子云喷射角θ。为了进行焊接熔深及熔透控制，还需要知道此焊接电流所对应的熔深。这样，才能找出等离子云喷射角与熔深的关系，从而实现熔透控制。把不同焊接电流下的焊缝切开分别测其熔深，可以知道等离子云喷射角与熔深的关系。通过实时检测等离子云喷射角来获得熔深的状态，以便在焊接过程中获取可以反映工件熔透状态、表征小孔特征行为的信息，从而进行焊接熔深及熔透控制。使电流从55~85A之间变化，然后分别找出不同焊接电流、等离子云喷射角及熔深的对应关系。把不同焊接电流下的焊缝切开来经过处理，可以测出相应的焊缝熔深。在其他焊接参数不变的条件下，随着焊接电流的增大，焊接熔深增加，为了找出不同电流的熔深与等离子云喷射角的对应关系，需测出不同电流的熔深及相应的等离子云喷射角。使电流从55~85A之间变化，然后分别找出不同焊接电流、等离子云喷射角及熔深的对应关系。把不同焊接电流下的焊缝切开来经过处理，可以测出相应的焊缝熔深。在其他焊接参数不变的条件下，随着焊接电流的增大，焊接熔深增加，为了找出不同电流的熔深与等离子云喷射角的对应关系，需测出不同电流的熔深及相应的等离子云喷射角。不同焊接电流下的熔深、等离子云喷射角及相应检测到的鞘层电压，随着焊接电流的增大，熔深增大，对应的等离子云喷射角也增大，当焊接电流为85A，小孔即将形成时，或者说工件即将熔透时，喷射角达到最大。用坐标的形式可以更明显地显示出熔深与等离子云喷射角的关系，该关系曲线为等离子弧焊接的熔深熔透的控制奠定了基础。
5. 结论
实验证明，等离子云喷射角在小孔熔透控制中有着重要的作用，它是表征小孔熔透特征信息的重要参数，通过检测等离子云喷射角的大小可以判断熔深情况。在小孔等离子弧焊接中，可通过检测等离子云喷射角的变化来获取熔深的信息，再通过调节焊接电流来实现熔透控制。

Ⅲ 焊接机器人的组成结构

焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。图1a、b表示弧焊机器人和点焊机器人的基本组成。
世界各国生产的焊接用机器人基本上都属关节机器人，绝大部分有6个轴。其中，1、2、3轴可将末端工具送到不同的空间位置，而4、5、6轴解决工具姿态的不同要求。焊接机器人本体的机械结构主要有两种形式：一种为平行四边形结构，一种为侧置式（摆式）结构，如图2a、b所示。侧置式（摆式）结构的主要优点是上、下臂的活动范围大，使机器人的工作空间几乎能达一个球体。因此，这种机器人可倒挂在机架上工作，以节省占地面积，方便地面物件的流动。但是这种侧置式机器人，2、3轴为悬臂结构，降低机器人的刚度，一般适用于负载较小的机器人，用于电弧焊、切割或喷涂。平行四边形机器人其上臂是通过一根拉杆驱动的。拉杆与下臂组成一个平行四边形的两条边。故而得名。早期开发的平行四边形机器人工作空间比较小（局限于机器人的前部），难以倒挂工作。但80年代后期以来开发的新型平行四边形机器人（平行机器人），已能把工作空间扩大到机器人的顶部、背部及底部，又没有测置式机器人的刚度问题，从而得到普遍的重视。这种结构不仅适合于轻型也适合于重型机器人。近年来点焊用机器人（负载100～150kg）大多选用平行四边形结构形式的机器人。
上述两种机器人各个轴都是作回转运动，故采用伺服电机通过摆线针轮（RV）减速器（1～3轴）及谐波减速器（1～6轴）驱动。在80年代中期以前，对于电驱动的机器人都是用直流伺服电机，而80年代后期以来，各国先后改用交流伺服电机。由于交流电机没有碳刷，动特性好，使新型机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加（减）速度也快。一些负载16kg以下的新的轻型机器人其工具中心点（TCP）的最高运动速度可达3m/s以上，定位准确，振动小。同时，机器人的控制柜也改用32位的微机和新的算法，使之具有自行优化路径的功能，运行轨迹更加贴近示教的轨迹。