第4章 焊接传感器-2机械、数字

1、主讲教师主讲教师: : 陈银银陈银银1582480778315824807783第四章第四章 焊接自动化传感技术焊接自动化传感技术一、机械传感器一、机械传感器 1.机械传感器的跟踪原理机械传感器的跟踪原理机械传感器是一种接触式传感器。它以导杆或导轮在焊炬前方探测焊缝位置，见图4.4。它分为机械式和机械电子式两种。前者是靠焊缝形状对导杆(轮)的强制力来导向，后者是当焊炬与焊缝中心线发生偏离时，导杆经电子装置发出信号(它能表示偏离的大小与方向)再控制驱动装置使焊炬及传感器恢复正确位置，此时传感器输出信号为零，实现自动跟踪。机械电子式传感器可按机电信号转换方式分为(图4.5).机械机械开关式开关式机

2、械-开关式传感器的触杆中部用铰链固定在传感器盒内，下端伸进坡口当焊嘴偏离焊缝中心时，触杆向一侧偏转此触杆上端接通一微动开关，驱动电动机转动，使传感器回到平衡位置。此时开关断开，电动机停转，保证焊嘴对准焊缝。 机械机械差动变压器式差动变压器式机械差动变压器式传感器见图4.5b。它由一具有可滑动铁心的差动变压器组成。初级电压为Uy，两个次级线圈反极性串联。当水平滑动的铁心处在中间位置时，两个次级线圈的感应电势相等，故总输出电压u0=0，此即为平衡状态，传感器的触杆下端伸入坡口内，当传感器位置与焊缝坡口中心发生偏差时，触杆直接带动铁心移动，使两个次级线圈的感应电势不等，而输出一个极性取决于偏差方向，

3、大小取决于偏差量的U0信号，实现自动跟综。 机械机械光电式光电式机械光电式传感器见图4.5c它与机械开关式相似，但在触杆的上端装有一个发光二极管当焊嘴偏离焊缝中心使触杆偏转时，光束指向两个光电接收管中之一,此两个光电管就象开关一样接通电动机的控制电路,实现自动跟踪。 机械传感器的特点及应用范围机械传感器的特点及应用范围机械式传感器比较便宜，适用于各种焊接力法和各种金属材料的焊接场合，但由于它是靠导杆(轮)与工件的接触来导向，故运行时容易失去跟踪点(因坡口或缝隙的加工装配不均匀性引起)，为避免此情况，往往要限制焊接速度不能太快，此外，导杆(轮)的磨损也要影响传感器的精度。由于机械传感器结构简单，

4、维护方便，不怕电弧的磁。光、烟尘、飞溅等干扰，故巳应用于生产实际。 二、电磁感应式传感器二、电磁感应式传感器电磁感应式跟踪传感器是一种非接触式传感器，它可按频率分为普通频率式(简称：电磁传惑器)和高频式(简称涡流传感器)两种，电磁传感器的频率低于10 kHz，涡流传感器的频率则力30160kHz。电磁传感器的工作原理电磁传感器的工作原理电磁传感器实质上是共用初级线圈的两个变压器，见图4.6，绕在中柱上的初级线圈通以交流电压Uy，两个次级线圈为反极性串联，输出电压U0=U1-U2当传感器对准焊缝中心时，主磁通在两个侧柱的分配相等，即，两个次级线圈感应电势相同，故总的输出电压U0=0若传感器偏离焊

5、缝中心,则主磁通在两个侧柱的分配不相等，即，则次级有一个差动信号输出。这种高频电源可采用晶体管多谐振荡器，铁心可采用硅钢片或电阻率高的铁氧体材料后者因其居里点低，饱和磁通密度随温度变化的敏感性大，故使用时要采取适当降温隔热措施提高工作稳定性。传感器的安装高度一般取1015 mm，安装过高则灵敏度降低，过低则容易受工件高低不平及振动等因素影响而使工作可靠性降低。U0的极性 (相位)和大小取决于传感器与焊缝中心偏差的方向和大小，这种传感器的灵敏度取决于电源频率和电压，铁心材料和尺寸、传感器高度等因素，为了缩小传感器体积和提高抵抗焊接时电磁干扰的能力，一般电源频率取6l0kHz、电压U0 = 20

6、V。漏磁抑制式传感器如图4.7a所示。当错边引起增加时，也同时增加：减少时，也同时减少的增加和的减少就能抑制错边所产生的干扰信号，为了使传感器紧凑，其结构可如图4.7b所示，它也称为五柱三线圈式电磁传感器。1. 漏磁抑制式（缺点及修正方法）2211212电势抑制式电势抑制式传感器如图4.8所示也称五柱五线圈式中间铁柱绕初级线圈，两侧铁柱分别绕有完全对称的四个次级线圈其接法如图所示。次级总的输出信号电动势E0=(e1-e2)-(e2-e3)当存在错边时，例如y10，输出信号驱使马达动作，使传感器和焊炬自动对准焊缝中心。传感器的灵敏度曲线见图36-11b，信号的极性与大小决定于偏离焊缝中心的方向和

7、偏移量。涡流传感器的工作原理涡流传感器的工作原理四、光学传感器四、光学传感器光电传感器光电传感器：凡存跟踪信号的获取过程中进行了由光信号到电信号转换的传感器统称为光电式传感器按光源特征分类有白光，激光，红外三种，按检测特征分有单光点式传感器单光点式传感器和视觉传感器视觉传感器两类。前者以半个或几个光电接收管为检测元件，习惯上也简称为光学传感器光学传感器视觉传感器视觉传感器则以集成光电器件在视场范围进行扫描检测，显然它必须要用微机进行信号处理，本节介绍几种较成熟的光学传感器，视觉传感器则在下一节叙述。 光电式传感器(包括激光，红外传感器)是目前研究最多的一类焊缝自动跟踪传感器。据统计，焊工在手弧

8、焊操作时，有80%的信息来自视觉，因而用光学方法进行焊缝检测是最有前途的跟踪方法之一1、跟踪白线的光学传感器（旁侧）、跟踪白线的光学传感器（旁侧）它的跟踪基准是用白漆在钢板接缝一侧画出与焊缝平行的宽为12mm的白线，如图4.2a，当入射光照在白线上时，反射光很强，溴钨灯光源经透镜在钢板上形成一个长方形光斑，这光斑又经透镜系统在光电元件接收屏上形成一个放大了的反射光斑。 光电元件屏上安装二只光电接收管，当钢板上的白线位于光斑中心位置时(图4.2b)光斑的中心带很亮，二只光电管受光面积相等，它们的输出信号也相等，当白线偏于光斑中心一侧时(图4.2 c，d)，两光电管的输出不等，其差值即可作为左右跟

9、踪信号，它的检测精度取决于焊嘴高度误差和白线与焊缝的平行度等，其优点是传感器安装在焊炬侧面而能梢除附加的导前跟踪误差。应用：应用：适用于不同的接头型式(对接，搭接)和不同的坡口型式 (包括有一定间隙的I型坡口)，它适用于碳钢。不锈钢, 铜、铝等各种金属的焊接，此外，它在焊前可以自动寻找跟踪基准，因而操作十分方便。当采用机械屏蔽和辅加滤光片等措施后，可有效地消除弧光干扰。因而可应用于埋弧焊或明弧焊。左右跟踪精度土0.3mm由于用光导纤维将激光管与传感器分离。传感器尺寸仅为25x50 x68mm。 激光传感器位于电弧前方，和焊炬一起固定于随动机构上，示意图见图4.13，He-Ne激光器发出的光束，

10、通过光导纤维进入传感器，在平行于焊接方向的平面内以一定角度投射于工件上，其反射光被光电接收屏所接收，接收屏由多个光电接收管组成，它们形成一个点阵结构，分别发出左右和高低的跟踪信号，最简单的点阵由三个光电管组成。2、跟踪棱边的激光双向跟踪传感器（无辅助工作）、跟踪棱边的激光双向跟踪传感器（无辅助工作）原理：原理：该传感器“焊缝的坡口棱边为跟踪基准，可同时发出左右和高低两个方向的跟踪信号。1 1三管点阵屏式激光传感器三管点阵屏式激光传感器(1) 横向跟踪原理 横向跟踪的原理见图4.14，设焊炬及传感器的高度处于正常位置，则反射光主要由G1管接收，如果光点打在钢板上(图4.14b)，意味着焊丝和传感

11、器位置偏右了，此时G1接收的信号很强，可以得到用“1”表示的输出电压信号作为横向跟踪的指令，驱动电动机带动随动机构向左运动，趋向平衡位置(使传感器返回棱边位置)，如果光点打在坡口内(图36-14c)，此时G1几乎接收不到反射光信号，此时也可以得到用“0”表示的输出电压信号作为横向跟踪指令，但电动机转向相反，使机构向右运动而趋向平衡位置，若光点正好打在棱边上(图4.14a)，则G1信号处在上下阈值之间的死区内，此时不发出跟踪指令，系统静止于平衡位置，焊前通过手动微调机构，保证此时焊丝正好对准坡口中心，当存在干扰使焊丝偏离坡口中心时，焊丝和传感器一起自动返回平衡位置，它是一个位置反馈随动系统，具有

12、死区以保证其稳定。高低跟踪原理高低跟踪原理 高低跟踪的原理见图4.15，当焊炬位置偏高时，入射光点为A点，此时G4管接收的信号很强，而G3管的信号很弱当焊炬位置偏低时，入射光点为A，点G4信号很弱而G3的信号很强，将G3,G4的信号差动输入放大，即可得到+1或-1的高低跟踪指令，当焊炬为正常高度时，光束入射点为A，反射光主要为Gl所接收，而G3，G4接收的信号很小，没有高低跟踪指令而保持正常高度，直流电机采用开关式两位控制方式，其线路框图见图4.16。2六管点阵屏式激光传感器六管点阵屏式激光传感器传感器采用六管点阵接收屏，目的是提高灵敏度及扩大跟踪范围，如图4.17所示，横向跟踪时，原只有G1管起作用，当光点打在坡口内时，应该输出0状态，但因光点的散射，使Gl仍能收到一些信号，现G2也能收到信号将G1、G2接成差动输入方式，使输出电压急剧下降而大大提高横向跟踪的可靠性和灵敏度，当光点打在钢板上时，