刚建华

【摘  要】本文通过旋转电弧传感器提取焊接过程中弧长变化引起的焊接电流的变化来获取焊缝偏差的信息，针对弧焊在焊接V型工件时会在焊缝两侧做周期摆动的特点，采用霍尔电流传感器来检测焊缝偏差，从而确保焊接的精度。

【关键词】霍尔传感器;焊接;焊缝偏差;电弧传感器

焊接时，由于工件加工误差、安装误差以及焊接过程中的变形等因素的存在，会影响加工时实际焊缝与理想焊缝存在偏差，影响焊接质量。要实现机器人焊缝跟踪首先要实现焊缝的偏差检测。将获得的焊缝偏差补偿到机器人的运动轨迹中，使机器人能够在焊接的过程中实时的调整其运动的目标点，确保焊接的精度。

1.焊缝偏差数据提取

1.1焊接电源分析

1.2焊接电流模型分析

电弧传感的基本原理是利用导电嘴与工件的距离（Contact-tube to Workpiece distance，CTWD）有规律变化而引起焊接电流信号的变化来探测焊炬的高度和左右偏差的[1] 。电弧传感焊缝跟踪的基本原理正是利用了弧长变化引起的焊接电流或焊接电压的变化，通过检测焊接电流或焊接电压来判断焊炬与焊缝对中的情况。

2 焊缝偏差数据模型分析

2.1 霍尔电流传感器采集焊接电流

霍尔电流传感器工作原理：被测电流电缆从传感器的圆环中间穿过，圆环中是可磁化的介质，由于电磁感应原理在圆环中产生磁场，磁场在霍尔元件中由于霍尔效应产生霍尔电压，经放大器放大后输出一个模拟量电压，该电压随被测电流的变化而变化，被测电流越大，产生的磁场越强，则输出电压越大;反之，被测电流越小，产生的磁场越弱，则输出电压越小[2]。

在焊接过程中，霍尔电流传感器的电压输出变化即可反映出焊接过程中的电流变化，从而实现焊接过程中电流信号的采集。

2.2焊缝偏差对焊接电流的影响

以焊接 V 型坡口焊接为例，在焊接过程中焊枪相对焊缝做正弦摆动。

由图2可以看出，当焊枪左起摆，且焊枪向右偏离焊缝中线时，由于偏移导致前半个摆动周期的振幅小于后半个摆动周期的振幅。同理，可得当焊枪右起摆，且焊枪向左偏离焊缝中线时，由于偏移导致前半个摆动周期的振幅小于后半个摆动周期的振幅。

由以上仿真可得如下结论：[4]

（1）在一个摆动周期内，当焊枪对准焊缝中线的时候，一个摆动周期内两个波峰的峰值大小相同;

（2）在一个摆动周期內，当焊枪偏离焊缝中线的方向与焊枪起摆的方向相同的时候，前半个周期的波峰峰值大于后半个周期的波峰峰值;

（3）在一个摆动周期内，当焊枪偏离焊缝中线的方向与焊枪起摆的方向相反的时候，前半个周期的波峰峰值小于后半个周期的波峰峰值;

（4）在一个摆动周期内，由公式（2-2） 可知，前半个周期的波峰峰值与后半个周期的波峰峰值之差，与焊枪到焊件的距离之间近似成线性关系，如公式（3-4）  所示：  （3-4）

由以上结论可知，只要得到焊接过程中的焊接电流的波形及其峰值，加上焊接起摆的方向，即可得到焊枪偏离焊缝中线的大小及方向。

参考文献：

[1] 乐健.基于旋转电弧传感焊接机器人跟踪矩形焊缝的研究[D].南昌大学，2018：31-36.

[2]刘念.弧焊机器人焊缝跟踪系统的研究与实现[D].哈尔滨工业大学，2015：50-51.

[3]许燕玲.基于视觉及电弧传感技术的机器人GTAW 三维焊缝实时跟踪控制技术研究[D].上海交通大学，2013：1-10.

[4] 赖长川.机器人电弧焊缝跟踪系统研究[D].哈尔滨工业大学，2017：31-41.

基金项目：

本论文是沧州市科学技术局重点研发计划指导项目《基于霍尔电流传感器的弧焊机器人焊缝识别与跟踪技术研究》（课题编号：183102003）研究成果。

（作者单位：沧州师范学院）