摘要：针对现有顶盖圆周环缝焊机用纯机械式跟踪方法存在控制精度不高、需人工监护等问题，提出一种与焊炬一体化设计的自动寻缝系统。通过在原有机械式跟踪执行机构上安装以激光位移检测传感器为核心器件的寻缝装置，焊接前自动寻找出焊缝中心，实现全自动焊接。
关键词：自动寻缝；环缝焊；激光传感器；全自动焊接
Abstract：Aiming at problems of the existing circular seam welding machine，such as low control accuracy by mechanical tracking system and artificial monitoring，We propose a system of looking for weld center automatically which is integrated with torch.In order to realize automatic welding，the system has installed a laser displacement sensor at the existing mechanical tracking device which can find weld center automatically before welding.
Keywords：Looking for weld center automatically；Circular seam welding；Laser sensor；Automatically welding
引言
随着焊接生产的不断发展，特别是各种新技术在焊接生产中的应用，焊缝自动跟踪传感器的研究与应用近年来也取得了很大的进展[1]。常用的焊缝跟踪传感器有机械（电子）式和光学（视觉）式两种类型。
机械式传感器因其结构简单、操作方便、抗弧光、电磁和烟尘干扰的能力强[2]而被广泛应用于长、直焊缝的单层焊及角焊缝的跟踪中。当前顶盖圆周环缝焊机即采用探针式机械焊缝传感器，由于跟踪信号是在靠近熔池的位置获得，省去了焊缝跟踪中的延时控制，简化了设备，提高了跟踪精度。
但焊接开始阶段，由于初始参考位置不确定及驱动电机与机构工作特性，位置控制精度不高，导致设备以默认参数靠近筒体与顶盖形成的环形焊缝时重复准确率较差，需要人工监护与手动干预引导；若采用激光跟踪器，则整套焊接设备造价较高且对工件的广泛适应性较差。
文中提出一种与焊炬一体化设计的自动寻缝系统，通过在原有机械式跟踪执行机构上安装激光位移检测传感器，提供给跟踪传感器一个相对焊缝不变的初始位置，大幅提高其接触焊缝重复准确率，可取消人工监护与手动干预，实现全自动焊接程序。
1.顶盖圆周自动寻缝焊接系统
当前顶盖圆周焊接控制过程（图1（a））为工件夹持到位后，焊枪与跟踪器下降，由于每次下降的起始位置不确定，且焊缝位置因筒体与头盖压合面尺寸偏差较大，导致探针式跟踪传感器不能准确定位至焊缝，因此需人工引导跟踪器与焊枪至待焊缝中心位置，确认后按下焊接启动开关，开始焊接。
为了实现全自动化焊接，在原控制过程中引入自动寻缝控制系统，整个焊接控制过程如图1（b）所示。工件夹持到位后，启动自动寻缝功能，当寻找到待焊缝中心时，焊枪开始下降并落在待焊缝中心位置，焊接控制器输出寻缝到位信号后便开始自动焊接。
整个焊接过程实现了由人工干预到无人化操作的转变，但定位的准确性取决于传感器的精度，因此本系统采用激光位移检测传感器，保证焊前能够精确寻找到焊缝的中心，满足实际生产要求。
（a）原焊接控制流程
（b）改进后焊接控制流程
图1 顶盖圆周焊接控制过程
2.自动寻缝控制系统及方法
2.1 自动寻缝定位控制系统
顶盖圆周自动寻缝焊接系统（图2）主要由水平、竖直抱刹电机、激光位移传感器、焊枪和探针式机械跟踪器构成，激光位移传感器与焊枪固定于竖直滑板上，探针式机械跟踪器通过连接板固定在焊炬上。
焊接前，激光位移传感器在水平电机的驱动下由筒体一侧向顶盖方向移动，当激光光束检测到筒体与顶盖的搭接处时，水平电机停止工作；此时，竖直电机驱动竖直滑板向下移动直至探针式机械跟踪器上的探针接触到顶盖上，竖直电机也停止工作；随后，跟踪器在其自身侧向力的作用下沿顶盖弧面向筒体一侧滑动，当探针接触到筒体边缘时，由于筒体的阻挡而停止移动，此位置即为焊缝中心；最后，再由焊接控制器输出寻缝到位信号交由设备执行当前焊接程序，完成顶盖与筒体的环缝焊接。
图2 顶盖圆周自动寻缝焊接系统
2.2 自动寻缝控制系统及原理
自动寻缝系统工作原理为：在焊接准备阶段，传感器从筒体一侧开始检测，初始值自动清零，装置控制器控制水平滑板向头盖方向趋近（接近焊缝），由于桶体边缘呈喇叭口状，所以在检测光斑接近焊缝过程中，检测值有不断减小的趋势（检测示值称为A，预设一个负数B和正数C且满足关系C-B<D，D为筒体板材厚度值），每当A=B时，自动判断并取A=0，即A始终大于B。当检测光斑由筒体跳变至头盖瞬间，由于板材存在厚度D且头盖与桶体存有一定间隙，所以由上述关系可得在此时检测值A＞C＞0，当A>=C时输出（焊缝位置）信号并及时制动，至此完成寻缝工作，由于传感器、焊枪、跟踪器相对位置固定，即此时焊枪、跟踪器与焊缝相对位置确定，再有装置控制器输出寻缝到位信号交由设备执行当前焊接程序，跟踪器即可自动定位至环形焊缝。
图3 环缝焊自动寻缝控制流程图 环缝
3.结论
1）提出了一种与焊炬一体化设计的自动寻缝系统，通过激光位移检测传感器，在焊接前自动寻找出焊缝中心，实现全自动焊接。
2）借助激光传感器，能精确计量出寻缝过程中高度的变化，从而在焊前自动寻找出待焊焊缝中心。
3）系统结构简单，安装使用及后期维护方便，费用较激光跟踪器低30%，定位控制精度高，且焊接过程中无需人工监护，满足实际焊接要求。
参考文献：
[1]何方殿，王克争，苏勇．视觉传感器焊接跟踪系统的研究和发展[J]．电焊机，1993，（6）：8-13．
[2]蒋爽．基于DSP的模糊控制弧焊焊缝跟踪系统的设计[D]．南京：河海大学硕士学位论文．2007，4．
论文作者:程军徽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/19
标签：顶盖论文; 传感器论文; 焊枪论文; 激光论文; 位置论文; 圆周论文; 探针论文; 《电力设备》2017年第24期论文;