电弧传感器焊缝跟踪系统
前置式磁控电弧传感器焊缝自动跟踪系统
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统 的 有 效性 。 关键词 ：磁控 电弧传感器 ；焊缝 跟踪 系统 ； 信号处理
中图分类号 ：Ｔ ４ ９ Ｇ ０
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ － ７ ７ ２ ０ ）５ ０３－ ３ ０ ０ ９ ８ （ ０８ ０ －０９ ０
Ｓ ａ ｔ ａ ｋ ｎｇ ｓ ｓｅ 、 ｈ ｌ ａ ｉ ｇ ｍ ａ ｎ ｔｃ ｅ ｍ ｒ ｃ ｉ ｙ ｔｍ ｔ ｅ ｄ ｎ ｇ ｅ ｉ －
维普资讯
２０ ０ ８年 第 ２ ７卷 第 ５期
传感器与微 系统 （ ｒｎｄｃｒ ｎ ｃｏｙｔｍ Ｔ ｃｎｌ ｉ ） Ｔａｓｕｅ ｄＭｉ ｓｓ ｅｈｏ ｇ ｓ ａ ｒ ｅ ｏｅ
９ ３
前 置 式磁 控 电弧传 感器 焊 缝 自动跟 踪 系统
洪 波 ，来 鑫 ，魏复理 ，潘 际銮 ，尹 力 ， 岳 波 屈
用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍａ ｎ ｔ — ｏ ｔ ｌａ Ｃ ｓ ｎ ｏ ；ｓ ａ ｔ ｃ ｉ ｇ ｌ ｔｒ ａ ｉ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｄ ｇ ｅ ｃ ｃ ｎｒ ｅ ｓ ｒ ｅ ｍ—ｒ ｋｎ ；ａ ｅ ｎ ｔ ｇ ｅ ｃ ｆ ｌ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｉ ｉ
价值 。建立 了电弧运动的平衡方程 ， 分析 了电孤 的运动规律 ， 为控制 电孤 的运 动提 供 了理论依据 ， 导 了磁 控 电孤传 感器 推 的各参数之 间的 关系， 为该传感 器的设计和应 用提供 了理论基础。
关 键 词 ： 控 电孤 传 感 器 ； 缝 跟 踪 ； 变磁 场 磁 焊 交
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｒ ｂｅｍ ｆｔ ｅ ｈａ ｃ ｌａ ｃ ｅ ｓ ｒ ｆｒ ｓ ａ —ｒ ｃ ｉ ｇ， ａ ｎｅ ｔｐ ｆｍ ａ ｎｅ ｃ ｃ ｎ ｒｌａ Ｃ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏ ｖ ｈｅ ｐ ｏ ｌ ｏ ｈｅ ｍ ｃ ｎｉａ ｒ ｓ ｎ ｏ ｏ ｅ ｍ ｔａ ｋ ｎ ｗ ｙ ｅ ｏ ｇ ｔ — ｏ ｔｏ ｉ ｒ ｓ ｎ ｏ ｓｄ ｖ ｌｐｅ ａ ｄ ｉｓｍｅ ｈａ ｃ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｃ ｒｅａ ｉｅ ｃｒ ｕ ｔｄ ａ ｒ ｍ ｒ ｉ ｅ ｅ ｓ ｒ ｗａ ｅ ｅｏ ｄ， ｎ ｔ ｃ ｎｉａ ｔ ｔｒ ｈ ｏ ｒ ｌｔｖ ｉｃ ｉ ｉ ｇ ａ ｗｅ ｅｇ ｖ ｎ．Ｔｈｓ ｓ ｎ ｏ ｐｐｉｓ ｔｅ ｍａ ｎ ｔｃ ｕ ｎ ｉ ｅ ｓ ｒａ ｌｅ ｈ ｇ ｅ ｉ— ｃ ｎｔｏ ｌ ｎ Ｃ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ，ｗｉｈ ａ ｓｍ ｐｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｌｗ ｏ ｔ ｔｈａ ｏ ｍ ｅ ｈａ ｉａ ｉ ｒ ｔｏ ａ ｄ ｈｉｈ ｃ ｎｔｏｌｎｇｐ ｅ ｉｉｎ， ｏ ｒ ｌｗｅｄｉｇ ａ ｅ ｈｎ ｌｇ ｒ ｔ ｉ ｌ ｔ ｔ ｒ ｕ ｎ ｏ ｃ ｓ． ｓｎ ｃ ｎ ｃ ｖ ｄ ｉ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｖ ｕ ｓ ｖ ｒ ｉｈ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｔ ｅ ｍｏｉｎ ｅ ｕ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｈ ｖ ｍｅ ｔｂ ｈ ｖ ｏ ｆ ａ Ｃ ｎ ｔ ａ ｐ ｉ ｔ ａ ｅ ｉ ｅｙ ｈ ｇ ． ｈ ａ ｅ ｓ ｌ ｅ ｈ ｔ ｑ ａｉ ｎ ｎ ｚ ｄ ｔｅ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ａ ｉ ｒｏ ， ｓ ｃ ｏ ｌ ａ ｓ ｏ ｏ ｌ ｒ
基于电弧传感焊缝跟踪的偏差信息检测
★ 基金项目： 科学 广西 研究与技 术开发计划项目（ 桂科攻１ ９２－ ） ０ ０７２。 ９
０ 引言
当电弧沿着坡Ｕ ｇ Ｔ 向扫描时， Ｊ－ Ｓ ￣ 由于电弧的 自 调节作用，它力图使工作点恢复 （ 恢复到原来的
焊 接 技术 向 自动化、智能化、数字 化方 向 工作点或调整到新的］作点 ） ［ ，使弧长复原到 Ｌ ０ ａ， 已经成为了制造业 的新趋势。解决焊接自动化很 但 由于干伸长增加，电路中的电阻加大，使得焊
重要 的一点就是对焊缝的自 动跟踪。焊缝跟踪研 接电流变小为 。如图 ｌ ａ，因为 Ａ 和 关于 （） 究的核心问题是高性能的传感器和有效的控制方 焊缝中心对称，所以如果焊枪与焊缝中心对中，则 法 。在焊接过程 中，传感 器必须精确检测焊缝 两个工作点的焊接 电流相差不多，反之则有一定的 差值 ，利用这个差值 即可进一步获得所需要的偏 跟 踪两大主流传感器为视觉传感 器和 电弧传感器。 差。故当电弧位置变化时，电弧 自 身参数 （ 这里是 电弧传感器的最大优点是焊接 电弧与传感 器为一 焊接电流 ） 相应发生变化 ， 从中反映出焊枪导电嘴 体， 其跟踪信号是由电弧本身取出，检测点即焊接 的位置及形状 ，快速准确地提取特征信息。焊缝
ｐ ｏ ｓ ｓｐ ｏ ｅ ｓ ｇ ｔ ｅ ａ ｃ ｓｇ ａ ｔ ｅ ｏ ｉ ｃ ｏ ｂ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ａ ｌ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｍ ｅ ｎ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｒ ｐｏ ｅ ｒ ｃ ｓｉ ｈ ｒ ｉ ｎ ｗｉｈ ｔ ｍ ｔ ｄ ｗｈ ｈ ｃ ｍ ｉ ｅ ｈ ｄ ｎ ｆ ｔ ｎ ｈ ａ ｌ ， ｎ ｎ ｌ ｈｅ ｈ ｉ ｉ ｅ ｉ ｅ
２１ ｏ ２年 ４月 繁 ４期
பைடு நூலகம்
电 子 测 试
ＥＬＥｃＴ ＲＯＮ Ｉ ＴＥｓＴ Ｃ
传感器在焊接过程中的应用重点
传感器在焊缝跟踪过程中的应用引言我们这学期学习了《传感器与检测技术》。
了解到了传感器在现代生产生活中起着越来越重要的作用，同时在焊接过程中也越来越受到重视。
现在的焊接要求精确化，智能化，自动化,在这些要求中往往离不开一个重要的技术~~传感器技术，本文我们就来研究传感器在焊接过程中的应用。
、传感器根据国家标准GB7665-87,传感器定义为：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。
传感器作为检测工具，要求检测研究对象的物理或化学的信息，其工作过程要求稳定、可靠、精度高，所以对传感器有以下几个要求：(1适应恶劣环境能力强传感器一般工作环境十分广，从极寒至酷热地区，许多在露天环境下工作，能抗飞沙走石、灰尘，还应耐潮湿，较高的抗盐类腐蚀、酸性腐蚀的能力，有抗污染气体干扰的能力，能适应在高温、极寒、强烈振动、冲击以及在其他条件下正常工作的能力，还应抗噪声能力强，信噪比高。
(2价格适中，适于大批量生产要求传感器一致性好，适宜自动化批量生产，对加工设备有较高要求，以便排除人工操作带来的不一致性和失误。
(3稳定性和可靠性高传感器是一种高精度检测仪器，在军事、航空、航天中应用都有严格要求，产品都须经过严格测试才能应用。
所以传感器生产是一种高新技术的具体运用和体现。
一种传感器是否有较高的技术附加值体现在所包含的技术含量和加工工艺的技术是否高新。
有部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装，一般采用焊接密封，如压力传感器、力传感器、霍尔传感器、光电传感器、温度传感器等，这类传感器内部有敏感元件和集成电路，充惰性气体或抽真空与外界隔绝，有耐压、气密性要求，另有焊接强度要求和漏气率要求，对焊接质量要求高，而且焊接过程中要求变形小，不能对内部元件和微电路有损坏。
目前传感器密封焊接有电阻焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊。
所谓焊缝跟踪，即以焊炬为被控对象，电弧（焊炬相对于焊缝中心位置的偏差作为被调量，通过视觉传感、接触传感、超声波传感、电弧传感等多种传感测量手段，控制焊炬使其在整个焊接过程中始终与焊缝对口。
焊缝跟踪和焊缝寻位的原理
焊缝跟踪和焊缝寻位的原理
一、焊缝跟踪原理
焊缝跟踪是焊接过程中的一项重要工作，它能够确保焊接质量和工艺
参数的一致性。
其原理是通过焊缝检测传感器或视觉传感器对焊接过
程中的焊缝进行实时监测，根据预置的规程控制焊接电流和速度实现
焊接质量的稳定性。
焊缝跟踪系统一般由控制器、传感器、信号接口等组成。
其中，传感
器可分为近红外传感器、激光传感器、摄像头传感器等，根据不同的
焊接场景选择相应的传感器。
通过掌握焊接过程中的实时参数，如焊
接速度、电流强度、电压等，可以及时调整焊接参数，确保焊接质量。
二、焊缝寻位原理
焊缝寻位是焊接前的重要工作，它可以在焊接前精确定位焊接部位，
降低焊接质量测评成本，提高焊接效率。
焊缝寻位技术可以通过机械
手臂、计算机视觉、激光测量等方式实现。
消费电子产品采用的主要焊缝寻位技术是机械手臂寻位，通过机械臂
精确控制焊枪位置，实现对焊接部位的寻位。
另外，一些大型生产厂
家也使用了激光测量的方法，在焊接前使用激光传感器对焊接部位进行测量，确定焊接位置。
三、焊缝跟踪与焊缝寻位的关系
焊缝跟踪和焊缝寻位是两个不同的概念，但它们在焊接中有着密切的关系。
首先，焊缝寻位可以为焊缝跟踪提供准确的焊接部位信息，避免焊接过程中出现偏差。
同时，焊缝跟踪技术也可以为焊缝寻位的自动化提供支持，通过对焊接过程中的数据分析，优化焊缝寻位方案，提高寻位精度和效率。
总之，焊缝跟踪和焊缝寻位是两项相互依存的技术，在焊接过程中都发挥着重要作用，提高焊接质量，降低成本。
基于Labview的电弧传感焊缝跟踪的实现
第 ４期
吴 金锋 等 ．基 于 Ｌ ｂ ｉ 的 电弧传感 焊缝 跟踪 的实 现 ａ ｖｅ ｗ
１ ９
分 之一 ， 减少 了大量 数据 对处 理器 的压 力 ， 快 加 了程序 的循环 速 度 ， 踪 精 度与 原 方 法相 比没 跟
有 显著性 的差异 。
２ ３ 运 动 控 制 子 程 序 ．
成 如 图 １所示 。 Ｉ里 量 ｌ
虚 拟 仪 器 技术 构 建 系 统具 有 精 度 高 、 可扩 展 性 强 、 发时 间短 、 开 无缝 集 成 等 优 点 ， 很 高 的 性 有
价 比。笔者 利用 虚拟 仪器 开发 平 台建立 的一 套 电弧 传 感 焊缝 跟 踪 控 制 系统 ， 用 了左 右 极 限 采
法， 此方 法 要 读 取处 理 的数 据 只是 原方 法 的三
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自动化 的一 个热 点 。基 于 电弧传感 的焊 缝跟 踪 由于 利 用 了 电弧 自己 特有 的特性 ， 不需 要 加 额 外 的设 备 ， 因此 结构 简单 且成本 低 ， 目前最 有 是 效 的焊 缝跟 踪方 法 之一 。虚 拟仪器 技术 就是 利 用 高 性 能 的模 块 化 硬件 ， 合 高 效 灵 活 的软 件 结
摘
要
在 虚 拟 仪 器 开 发 软 件 Ｌ ｂ ｉ 环 境 下 ， 建 了新 型 高 速 摆 动 电 弧 传 感 的 自动 焊 缝 ａｖ ｗ ｅ 构
基于模糊控制的电弧焊接焊缝跟踪技术研究
周 玉 印 付 丽君 （ 沈 阳理工大学信息科学与工程学院， 辽宁 沈阳 １ １ ０ １ ５ ９ ）
池世 春 许 石 哲
（ 中科 院沈阳 自 动化研究所 ， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ ０ １ ６ ）
摘 要
针 对 Ｖ 型坡 口焊 缝 ， 采 用摆 动 扫 描 式 电弧 传 感 器 ， 研 制 了基 于模 糊 控 制 的 焊 缝跟 踪 系统 。主要 介 绍 了焊 缝 跟 踪 系统 的
跟踪 ， 使 焊 枪 对 中焊 缝 。 ２ 焊 缝 跟踪 模糊 控 制 算 法 设 计 焊 缝 跟 踪模 糊 控 制 系 统 以焊 枪 距 离 焊 缝 中心 的横 向偏 差 值 ｅ及 偏 差 值 的变 化 量 ｅ ｃ作 为输 入量 ， 以伺 服 电机 的控 制 步 数 Ｕ 为输出量 ， 即 采 用 二 维 模糊 控 制 器 结 构 。 焊 缝 跟 踪 模糊 控制 器 结
ｔ ａｂｌ ｅ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｌ ｄｉ ｎｇ ｐｒ ｏｃ ｅｓ ｓ ， ｔ ｈｅ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｕｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ＡＲＭ ｍ ｉ ｃｒ Ｏｐｒ ０ ｃｅ ｓ ｓ Ｏ ｒ ｌ ｏ ｏｋ—ｕ ｐ ｔ ａ ｂｌ ｅ ｗｏｒ ｋ ｓ ｅａ ｍ ｔ ｒ ａｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｏｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｃｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ａ ｃ ｃｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｓ ｅａ ｍ ｗｅｌ ｄｉ ｎ ｇ， ｔ ｈ ｅ ｗｅｌ ｄｉ ｎ ｇ ｔ ｏｒ ｃｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｅｌ ｄｉ ｎ ｇ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： Ａｒ ｃ ｓ ｅｎ ｓ ｏｒ ， ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ１ ． ｓ ｅａ ｍ ｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇ， ＡＲＭ
焊缝 跟 踪 ， 即 以焊 炬 为 被 控 对 象 、 电弧 （ 焊炬 ） 相 对 于焊 缝 中 心 位 置 的偏 差 作 为被 调 量 ， 通过机械 、 电磁 、 激光 、 视 觉 等 多 种 传 感 测 量 手 段控 制焊 炬 ，使 其 在 整 个焊 接 过 程 中始 终 与 焊缝 对 中 。 焊 缝 跟 踪 是焊 接 自动 化 领 域 的 一 个重 要 研 究 课 题 ， 精 确 的 自动焊 缝 跟 踪 技 术是 保 证 焊 接 质 量 的关 键 ， 在 焊 接过 程 中焊 炬 应 始 终对 中焊 缝 。由 于焊 接 是 复杂 的热 加工 工 艺 ， 弧 焊 过程 中产 生 的 强光 、
自动焊缝跟踪系统的设计与实现
自动焊缝跟踪系统的设计与实现摘要:本文介绍了一种基于旋转电弧传感器的焊接机器人系统。
系统采用惯量小，成本低，灵活性大的新型十字滑块系统作为机械传动机构；旋转电弧传感器的位置精度高，焊缝偏差小，使用各类焊缝类型；配合步进电机完成整个系统位移单元的传动，并进行位置伺服。
环境预检测系统完成工作环境的检测，确保系统的安全运行，DSP主控系统完成整个系统的管理和控制，并设计了包括软件保护，机械限位保护，报警保护，电源管理保护在内的各种保护措施。
为了方便系统的维护和升级，预留了标准的串口和以太网接口，可以方便对系统进行扩展升级。
关键词：焊缝跟踪；旋转电弧传感器；位置伺服；十字滑块目录1项目背景 (1)2设计要求和需求分析 (1)3系统总指标分析 (2)3.1 系统静态指标 (2)3.2系统动态指标 (2)3.3运动精度指标 (2)3.4智能性指标分析 (2)3.5可扩展性指标分析 (2)3.6应用指标 (2)3.7环境要求 (3)3.8装配指标分析 (3)4 模块设计指标和方案分析 (3)4.1总体设计方案 (3)4.2主控系统指标分析和方案比较 (4)4.3机械结构指标分析和方案比较 (4)4.4 反馈系统模块指标分析和方案比较 (6)4.5运动控制模块指标分析和方案比较 (7)4.6机械保护模块的指标分析和方案比较 (7)4.7环境检测保护模块指标分析和方案比较 (8)4.8接口扩展模块指标分析和方案比较 (8)4.9 电源管理模块指标分析和方案比较 (8)4.10 焊接指标分析与方案论证 (9)5硬件系统方案的实现 (9)5.1总控制核心系统的实现 (9)5.2机械传动结构方案的实现 (10)5.3反馈系统模块的实现 (14)5.3.1 电弧传感器的分类及选型 (14)5.3.2 旋转电弧传感器结构与工作原理 (17)5.3.3 跟踪与纠偏原理 (18)5.4运动控制模块的方案实现 (20)5.4.1步进电机的选取 (20)5.4.2步进电机驱动器的选取 (22)5.4.3直线步进电机的选取 (23)5.4.4直线步进电机驱动器的选取 (24)5.5 机械保护模块方案实现 (25)5.6环境检测系统的实现 (25)5.7接口扩展模块的方案实现 (27)5.8 电源管理模块方案的实现 (28)5.9报警模块的方案实现 (29)6软件控制平台的实现 (29)6.1传感器的控制算法和模型 (29)6.1.1 传感器与系统的初始化 (29)6.1.2 传感器的算法分析 (30)6.1.3 电弧长度模型与平面拟合算法分析 (31)6.2电机驱动的算法 (33)7 成本估计 (34)8 项目总结与改进 (34)8.1 项目总结 (34)8.2.1 旋转扫描电弧传感器的问题与改进 (35)8.2.2 系统与无线传感网络的通信 (35)8.2.3 系统的可移植性改进 (35)9 心得体会 (35)参考文献： (38)附件分工明细 (39)1项目背景焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或者分子间的作用力而连接在一起，随着焊接技术的不断发展，它在生产中的应用日趋广泛，到目前为止已经成为一种重要的加工手段。
电弧跟踪
电弧跟踪实现过程：
图 1.电弧传感器的作用 如图 1 所示，无论是工件本身不规则还是在焊接过程中发生了变型，无论这种变形是左右变 形、上下变形还是上下左右都变形，电弧传感器的作用就是让机器人始终能找到焊缝的中心 位置，准确地在中心位置焊接，并保持焊炬高度的一致。无论是直峰焊、环缝焊、相贯线焊 还是其他焊接轨迹，电弧传感器都能很好地跟踪焊缝中心。
图 2.焊炬在 V 型焊缝中摆动时的电流波形
图 3.焊炬偏离焊缝中心时的电流波形 图 2 可以看出，焊炬在 V 型坡口中心摆动时，摆到两侧时由于干伸长变短导致电流增
加，摆到中心时由于干伸长变长导致电流减小，电弧传感器就是利用这个原理实现电弧跟踪 的。如果焊炬以焊缝为中心摆动，则摆到两侧时的干伸长是对称的，电流波形也是对称的， 如果焊炬偏到某一侧，则该侧的干伸长变短电流较大，另外一侧的干伸长变长电流较小，两 边电流波形不对称，系统据此可判断出焊炬已经偏离焊缝中心（如图 3 所示）,然后再据此 调节焊炬位置让焊炬回到焊缝中心位置来。
(3)焊炬摆动式电弧传感器。当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬 对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。由于受机械方面限制，摆动式电弧传感 器的摆动频率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。在弧焊其他参数相同 的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。
（4）磁控电弧传感器。该传感器应用磁场控制电弧技术，具有结构简单、无机械振动、 成本低、控制精确等优点。其基本原理是激励电源产生的激励电流通过激励线圈产生交变磁 场，焊接电弧在交变磁场的作用下，其运动轨迹必定发生改变。
图 4.工件上下方向变形时电弧跟踪的实现 电弧传感器除了可以实现左右焊缝跟踪外，还可以实现上下焊缝跟踪。有摆动和无摆动
无损检测中的焊缝跟踪系统分析
无损检测中的焊缝跟踪系统分析作者：徐义广来源：《科学与信息化》2017年第29期摘要从日常生活用品，如家用电器、水暖设备等的生产到飞机、潜艇、火箭、飞船等尖端科技产品都离不开高效率、现代化的焊接技术，而焊缝跟踪系统通过应用各种传感器技术，采集焊接过程中产生的电、光、热、力、磁等物理信号，大大提高了焊接质量和焊接过程的自动化程度，加强焊缝跟踪系统研究分析有着重要的意义。
文章就该系统展开了论述。
关键词无损检测；焊缝跟踪系统；分析前言随着焊接技术的不断发展，它在生产中的应用日趋广泛，到目前为止已经成为一种重要的加工手段。
图像处理算法是焊缝跟踪的关键技术，它在分析检测图像的基础上，应用图像增强、边缘检测、图像分割等算法，确定了图像处理的实现算法，根据结果能够得到检测目标的实际位置，以此实现对检测目标的跟踪，保证超声波无损检测的实时性，下文也就此方面做出了简析。
1 图像处理的研究现状图像处理是焊缝跟踪系统的关键步骤，优越的图像处理技术保证了焊缝跟踪系统的准确性，实时性，提高了焊缝跟踪系统的适应性。
一般的视觉传感系统的图像处理技术，包括了图像滤波及增等改善提取图像质量的处理技术；图像的特征提取主要包括边缘检测，纹理或色彩特征以及图像分割等方面，是提取焊缝边缘或分割焊缝区域范围的重要方法；图像处理由于计算量大，需要设计并改进专门的硬件系统，同时需要优化软件的算法[1]。
2 焊缝跟踪中的图像处理2.1 预处理焊缝图像的滤波去噪是根据噪声特征设计合适的滤波器，主要分为线性和非线性滤波器。
线性滤波器是平滑处理，虽然利于滤波去噪，但是会使图像边缘模糊化，不利于特征提取。
最常用的非线性滤波是中值滤波器，中值滤波器能在滤波去噪的同时保持图像边缘不被模糊化。
对于图像中的一些特定噪声，需要根据噪声特征设计合适的滤波去噪方法。
但是滤波去噪在除去了大量的噪声的同时，图像也变得模糊，因此通常需要对焊缝图像进行图像增强处理，以便于图像目标分割。
基于机器人旋转电弧传感器跟踪仰焊焊缝
基于机器人旋转电弧传感器跟踪仰焊焊缝
乐健;张华;张奇奇;吴锦浩
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2016(037)009
【摘要】为了提高焊接的质量和效率,必须实现机器人对仰焊焊缝的自动跟踪.利用组合滤波的方法对焊接电流进行滤波.采用最小二乘法对第16个采样点至第48个采样点进行线性拟合,拟合直线的斜率作为偏差.以偏差和连续三次偏差之和作为模糊控制器的输入,以水平滑块伸缩速度对应的脉冲数作为模糊控制器的输出.连续三次偏差的绝对值都大于0.9时,认为到达焊缝终点.进行了仰焊焊缝跟踪试验、仰焊焊缝终点检测和流水孔的通过试验.结果表明,利用该算法,机器人跟踪仰焊焊缝的准确度高,可靠性好,能够准确地识别出仰焊焊缝终点和通过流水孔.
【总页数】5页(P56-60)
【作者】乐健;张华;张奇奇;吴锦浩
【作者单位】南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室,南昌 330031;南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室,南昌 330031;南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室,南昌 330031;南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室,南昌 330031
【正文语种】中文
【中图分类】TG409
【相关文献】
1.基于VC的旋转电弧窄间隙MAG焊多信息融合焊缝跟踪系统
2.基于旋转电弧的机器人角焊缝跟踪建模及仿真
3.基于旋转电弧下移动焊接机器人焊缝跟踪
4.以旋转电弧为传感器的移动机器人角焊缝跟踪
5.基于旋转电弧传感机器人立焊焊缝的跟踪
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焊缝跟踪系统
焊缝跟踪系统简介焊缝跟踪系统是一种自动化设备，用于跟踪焊缝的位置，控制焊接机器人或激光焊接机的运动，保证焊接质量，提高焊接效率。
该系统常用于汽车工业、航空航天工业等领域。
功能焊缝跟踪系统可以自动识别焊缝位置和形状，实现焊接轨迹的自动规划和控制，避免人为因素对焊接质量的影响。
常见的焊缝跟踪系统有激光焊接跟踪系统和焊接机器人跟踪系统。
激光焊接跟踪系统激光焊接跟踪系统是利用两个激光发射器形成的光线在焊缝上形成一条光线。
通过摄像机识别光线，并计算出光线与焊缝的距离和角度，并将这些数据输入到焊接控制系统中，从而控制激光焊接机在焊接过程中自动调整焊缝位置。
焊接机器人跟踪系统焊接机器人跟踪系统是基于视觉传感器实现的。
该系统通过视觉传感器获取焊接工件信息，如焊缝位置、高度和宽度等，从而我们可以预先设置焊接机器人的轨迹和焊接参数，达到自动焊接的目的。
该系统在焊接不规则形状的焊缝时具有很大的灵活性和自适应性。
其他特点除了基本的焊缝跟踪和控制功能外，还有许多其他特点和增强功能。
自适应焊缝跟踪系统可以根据不同的焊接工件形状和位置进行自适应调节，提高焊接质量和效率。
精度高焊缝跟踪系统采用高精度传感器，可以实现焊缝位置的精确测量和控制，提高焊接的稳定性和一致性。
交互性现代的焊缝跟踪系统配备了用户友好的交互界面，可以通过触摸屏等方式轻松地进行设备配置和操作。
应用领域焊缝跟踪系统可以应用于以下领域：•汽车制造业：焊接汽车车身和底盘。
•航空航天工业：焊接飞机结构和部件。
•电子制造业：焊接电子元器件。
•其他：如船舶制造、建筑结构等。
发展趋势随着焊接技术的进步和产业的发展，焊缝跟踪系统也在不断地发展和进化。
目前，焊缝跟踪系统正向更高的自动化、智能化和高精度发展。
未来，该技术将应用于更多的领域，并为生产效率与品质提供新的保障。
基于电弧传感器的焊接自动跟踪系统设计
T NOLO GY TR N D[摘要]旋转电弧传感器作为电弧传感器之一,应用前景广阔,特别适用于弧焊机器人,实现焊接的自动跟踪。
可使弧焊机器人对焊缝具有较强的跟踪能力,大幅度降低对毛坯精度的要求和对编程的要求,从而使弧焊机器人能够在更多更广的工业领域中得到普及应用。
[关键词]电弧传感器;焊接;自动跟踪系统基于电弧传感器的焊接自动跟踪系统设计邓喜培刘梅秋(娄底职业技术学院,湖南娄底417000)1电弧传感器概述电弧传感器基本原理可简述如下:当焊炬与工件相对距离,即导电嘴端部与工件表面电弧极间距离发生变化时,焊接参数(电流、电压)将发生变化。
通过对焊接参数进行信号处理,获取焊缝相关信息,从而实现焊缝的自动跟踪。
电弧传感器在工业中最初应用于电弧焊规范的自动控制。
作为一种焊接传感检测方法,可以根据工件的坡口呈阶跃状变化,电弧在扫描焊缝坡口时,焊炬与工件表面距离变化将引起焊接参数变化。
动态变化的原因是焊丝熔化速度受到限制,不能跟随焊炬高度的突变;静态变化的原因是由于电弧的自调节特性。
由以上所述,当电弧沿着焊炬的垂直方向扫描时,焊接电流将随着扫描引起的焊炬高度变化而变化,从而获得焊缝坡口信息。
可以看出当电弧位置变化时,电弧自身参数相应发生变化,从中反映出焊炬导电嘴至工件坡口表面距离的变化,进而根据电弧的运动形式及焊炬与工件的相对位置关系,推导出焊炬与焊缝间的相对位置偏差量。
电参数的静态变化和动态变化都可以作为特征信号被提取出来,实现高低及水平两个方向的跟踪控制。
按其结构不同,主要有并列双丝式、熔化极摆动扫描式、非熔化极摆动扫描式和旋转扫描式等几种方式。
2国内外电弧传感器的研究及应用情况对电弧传感器的研究,国内以清华大学潘际銮院士领导的研究小组工作开展最早,也最具有代表性,研究卓有成效。
经过几十年来的发展,电弧传感器得到了迅速的发展,主要体现在以下几个方面:数学模型:1990年清华大学费跃农在其博士论文中通过理论分析及实验研究初步建立了MIG/MA G 焊电弧传感器物理数学模型,首次给出了电弧传感机制数学模型的清晰描述。
328 焊缝跟踪光电传感器控制系统的设计
Key Words: Photoelectric Sensor；Seam Tracking；Microcomputer；FuzzyPID Control
目录
摘 要 ...............................................................................................................I ABSTRACT........................................................................................................II
对于常态表面状态和打磨表面状态下的工件，系统针对性地采用两种不同的信号采集和 处理方法：对于表面常态下的工件，采用了加权比较的信号处理方法；对于表面打磨的工件， 采用了另一种信号处理方法——信号差值比较的方法。因此，这两种方法的综合使用可以有 效地提高传感器的准确性和适应性。
旋转电弧传感器焊缝跟踪信号的采集与处理
丝机 构 、保 护 气 和冷 却 水 的循 环 系统 等 ，如 图 １所
示。
过 程 ，其 焊 接 电 流信 号 也 是 杂乱 无 章 的 ，含 有 丰 富
的谐 波 以 及 噪 声 干扰 和 短 路尖 峰脉 冲 。虽 然 旋 转 电
弧 传 感 器 具 有 抗 弧 光 、耐 高 温 、实 时 性 强 等 特 点 ，
收 稿 日期 ：２ １ — ３ ０ ０ ２０—９
基 金 项 目 ：江 西 省 对 外 科 技 合 作 项 目 （０ ０ Ｈ ０ １０ ２ １ Ｅ Ａ ２０ ）
１ ・ 验 与 研究 ８ 试
焊 接 技术
第 ４ 卷 第 ７期 ２ １ １ ０ ２年 ７月
飞 溅 、短 路 过 渡 、 电源 波动 、送 丝 速 度 不稳 定 等 干
１ 轮 式 移 动 焊 接 机 器 人 的 系 统 构 成
在 自动 控 制模 式 下 ，通 过 分 析 由传感 系 统 获得
的信 息 来 为 机 器人 的下 一 动 作做 出判 断 和 决 策 。霍
为实 现 机器 人 对各 种 复 杂 焊缝 的 自动跟 踪 焊接 ，
电弧跟踪介绍
电弧跟踪原理介绍1、两种跟踪方式的优缺点比较视觉传感器（激光传感器）和电弧传感器是目前国内外研究最多的二类传感器。
视觉传感器是利用工业C C D摄像机，经图像处理获得焊件和焊缝的相对位置及坡口、熔池的有关信息。
优点是能获得的焊缝信息量大，控制精度高、再现性好。
但是它的检测点一般超前电弧，所扫描的点不是实际焊点，对转折及弯曲焊缝无能为力；无法抵抗磁偏吹、焊丝弯曲干扰、点固焊点的影响。
整个系统包括性能较高的计算机在内的图像处理系统以及激光设备，整个系统复杂，成本很高，进而影响推广及产业化。
电弧传感器是利用焊接电弧自身特点的传感器，不需要在焊枪上附加任何装置，电弧传感器的信号检测点就是焊接电弧点；实时性好，焊枪运动的灵活性和可达性最好，尤其符合焊接过程低成本自动化要求，电弧扫描不仅可以跟踪传感，保证焊接参数的稳定，又可以达到改善成形的效果，特别是可明显改善斜角焊缝及厚板开坡口多道焊的表面成形及两侧熔合。
不存在传感器位置前导误差，且信号处理比较简单，实时性好。
另外不受飞溅、烟尘、弧光等的干扰，成本较低，因此电弧传感器在焊缝跟踪中获得了广泛的应用，目前是弧焊机器人中用的最多的传感器，已经成为大部分弧焊机器人的标准配置。
电弧传感器的缺点是对薄板件的对接和搭接接头很难跟踪。
(国内的电弧跟踪是上世纪八十年代潘际銮院士提出来的）2、电弧传感器工作原理电弧传感器是通过检测焊接电流或者电压的变化而跟踪焊缝的。
其基本原理（如图1）：利用焊枪与工件之间距离变化引起的焊接参数变化（指焊接电流或焊接电压，因为在焊接过程中电弧弧长的变化与焊接电流和焊接电压的变化是成比例关系的）来探测焊枪高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，M I G/M A G焊接电源一般具有恒压外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。
在对V形坡口对接接头进行摆动焊接时，在摆动两端和中央，由于电弧长度发生变化，所以焊接电流强度也发生变化。
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电弧传感器焊缝跟踪系统
2、电弧传感焊缝跟踪技术的发展状况
2、1 电弧传感器发展概述
焊缝自动跟踪方面，传感器提供着系统赖以进行处理和控制所必须的有关焊缝的信息。
我们研究电弧传感器就是要从焊接电弧信号中提取出能够实时并准确反映焊炬与焊缝中心的偏移变化信号，并将此信号采集出来，作为气体保护焊焊缝自动跟踪系统的输入信号，即气体保护焊焊缝自动跟踪系统的传感信号。
目前，国际、国内焊接界对电弧传感器的研究非常活跃，用于焊缝跟踪的电弧传感器主要有以下几种类型:
(1)并列双丝电弧传感器。
利用两个彼此独立的并列电弧对工件施焊，当焊枪的中心线未对准坡口中心时，其作用焊丝具有不同的干伸长度，对于平外特性电源将造成两个电流不相等，因此根据两个电流差值即可判别焊炬横向位置并实现跟踪。
(2)旋转扫描电弧传感器。
在带有焊丝导向的喷嘴旋转时，旋转速度与焊接电流之间存在一定的关系。
高速旋转电弧传感器可用于厚板间隙及角接焊缝的跟踪，在结构上比摆动式电弧传感器复杂，还需要在焊接工艺、信息处理等方面进行深入的研究。
(3)焊炬摆动式电弧传感器。
当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。
由于受机械方面限制，摆动式电弧传感器的摆动频
率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。
在弧焊其他参数相同的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。
2、2 电弧传感器的工作原理
电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。
电弧传感器的工作原理如图1所示。
L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为
A0，弧长L0 ，电流I0 ，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时、弧长突然被拉长为L1、此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1、燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。
从上述分析可以得出，电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置。
2、3 电弧传感器的数学模型
控制系统包括控制器和对象二大部分，其中被控对象的动态特性是主要的，所以建立被控对象的数学模型是所有工作的第一步，所谓“系统建模”，就是对软件中过程的抽象描述。
常用的建模方法有：a机理分析法;b统计建模法;c神经网络建模法;d智能建模法。
我们在这要分析的是旋转电弧焊炬长度和焊接电流之间的数学模型H(s)Robo型机器人就安装了摆动式电弧传感器,韩国的HANGIL Autowelding公司生产的旋转电弧传感器可用于弧焊机器人和自动焊中。
以上说明电弧传感器是有着广泛的应用前景的。
5、结束语
随着电子技术、智能技术、网络技术、机器人技术等的进一步发展，焊缝跟踪技术将要沿着网络化、智能化的方向发展。
电弧传感器术将在焊缝跟踪技术中得到更加广泛的应用。