焊縫跟蹤作為一門綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，包括電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、焊接、結(jié)構(gòu)、材料、流體、光學(xué)、電磁等學(xué)科，國內(nèi)外眾多研究工作者投入到這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，從示教型焊接機(jī)器人到程序控制焊接系統(tǒng)，再到移動式自動焊縫跟蹤技術(shù)，焊接自動化的每一次進(jìn)步都顯著提高了生產(chǎn)效率。焊接技術(shù)的自動化、柔性化與智能化是未來焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

焊縫跟蹤傳感器的發(fā)展?fàn)顩r

  傳感器是焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其作用是精確檢測出焊縫的位置和形狀信息并轉(zhuǎn)化為電信號?？刂葡到y(tǒng)才能對信號進(jìn)行處理，并根據(jù)檢測結(jié)果控制自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整焊槍位置，從而實(shí)現(xiàn)焊縫自動跟蹤。

  弧焊用傳感器一般可分為直接電弧式、接觸式和非接觸式三大類。按工作原理可分為機(jī)械、機(jī)電、電磁、電容、射流、超聲、紅外、光電、激光、視覺、電弧、光譜及光纖式等。以下是幾種常見的焊縫跟蹤傳感器：

  接觸式傳感器是使用的傳感器，其特點(diǎn)為不受電弧干擾、工作可靠、成本低，曾在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但由于跟蹤精度不高、磨損大、易變形，不適用于高速焊接，目前正在被其他傳感方法取代。

  聲學(xué)傳感器尤其是超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單、精度高、價格便宜。超聲波傳感器由超聲波發(fā)生及接收裝置組成。超聲波傳感器的測量精度主要取決于超聲波的頻率，頻率越高，誤差越小，一般超聲波的頻率在1.25-2.5 MHz。超聲波傳感器不怕焊接中的電磁、光、煙塵干擾，但容易受到噪聲干擾，對噪聲比較敏感，如在CO2氣體保護(hù)焊等焊接方法的應(yīng)用中有一定的限制。

  電弧傳感器的工作原理是在焊接過程中，當(dāng)焊槍與工件之間的相對位置發(fā)生變化時，會引起電弧電壓和電流的變化，這些變化都可以作為特征信號被提取出來實(shí)現(xiàn)焊槍高低和左右兩個方向的跟蹤控制。

  電弧傳感器以電弧本身為傳感器, 結(jié)構(gòu)簡單，方便靈活，不受弧光、磁場、飛濺、煙塵等干擾，具有響應(yīng)快、精度高、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。但焊槍的擺動或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，電弧各參數(shù)間耦合性很強(qiáng)，實(shí)際得到的波形未達(dá)到預(yù)期的效果，故需要對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，并根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)來確定控制量。對于無對稱側(cè)壁或根本無側(cè)壁的接頭形式，現(xiàn)有的傳感器則不能識別。

  光電傳感器精度高、再現(xiàn)性好，可以實(shí)現(xiàn)對坡口形狀、寬度和截面的檢測和焊縫跟蹤，為焊接參數(shù)的自適應(yīng)控制提供依據(jù)。光電傳感器又可以分為基于分立光電元件的單點(diǎn)式光電傳感器和能夠獲得坡口圖像信息的視覺傳感器。

  視覺傳感器采用的光電轉(zhuǎn)換器件簡單的是單元感光器件，如光電二極管等；其次是一維的感光單元線陣, 如線陣CCD（電荷耦合器件）；應(yīng)用多的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的二維感光單元面陣，如線陣CCD是二維圖像的常規(guī)感光器件，代表著目前傳感器發(fā)展的階段，因而應(yīng)用日益廣泛。在焊接機(jī)器人各種視覺傳感器中，CCD傳感器因其性能可靠、體積小、價格低、圖像清晰直觀而受到了普遍重視。根據(jù)焊接機(jī)器人視覺焊接系統(tǒng)的工作方式不同，可將用于焊接機(jī)器人視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)的視覺傳感器分為3種：結(jié)構(gòu)光式、激光掃描式和直接拍攝電弧式。其中，結(jié)構(gòu)光式和激光掃描式屬于主動視覺方法，直接拍攝電弧式則屬于被動視覺方法。

  日本的Y.Suga等人將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到焊縫跟蹤中，在該系統(tǒng)中采用了視覺傳感器并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像處理以獲得焊縫的形狀數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，能有效地進(jìn)行焊縫跟蹤。