现用机器人旋转电弧传感器结构及其中存在的问题

如图3.1为现用旋转电弧传感器结构示意图，该方案中直流力矩电机定子固定在焊炬外壳9 上，转子与空心轴5过盈固定，光码盘2和偏心机构6均与空心轴5固定。导电杆8前端固定一个导电嘴11并且上端安装一个调心轴承1，偏心机构6中安装一个调心轴承7，使得上调心轴承1中心线偏离下调心轴承7的中心线，再将导电杆8穿过偏心机构，使得导电嘴11中心线偏离焊炬中心线。当直流空心力矩电机4开始转动带动光码盘2和偏心机构6一起转动，而导电杆8自身不转动，其运动形式为以上调心轴承1径向中心点为固定点做圆锥运动，圆锥母线为上调心轴承径向中心点到导电嘴最前端的距离，而圆锥底边则为旋转电弧的轨迹，图3.2为其运动示意图。其画弧轨迹的半径取决于偏心机构的偏心距离，定义下调心轴承中心到空心电机中心线的距离为偏心距离 e，上下两调心轴承的中心距为l ，上调心轴承中心点到焊接点的距离为a，所以可得其旋转半径 r：

r=（a·e）/l

图中：1 上调心轴承；  2 光码盘； 3 深沟球轴承； 4 直流空心力矩电机； 5 空心轴；  6 偏心机构； 7 下调心轴承； 8 导电杆； 9 焊炬外壳； 10 保护气罩； 11 导电嘴。

图 3.1 现用旋转电弧传感器结构示意图

图3.2旋转电弧画弧运动示意图

由于选用圆锥运动方案，导致导电杆质心在运动时偏离旋转轴心，在高速运动时会产生较大的离心力和振动，而焊接熔滴过渡也变得不均匀出现焊接缺陷。研究表明适度的离心力可以促进焊接时的熔滴过渡，使焊缝成形呈鱼鳞状，而离心力也是产生焊接飞溅的主要因素。 引起旋转电弧旋转焊接飞溅主要原因是离心力和振动，在转速一定时，熔滴受到的离心力主要与偏心距有关，实验室经过大量焊接工艺实验最终确定当旋转电弧传感器末端焊丝旋转直径为3mm时焊缝跟踪信号以及焊缝成型较好。而振动的产生主要是由于旋转电弧自身结构所致，所以可以通过动平衡原理来减小旋转电弧传感器的振动，从而减小对焊缝成型影响。目前实验室对旋转电弧传感器振动减小仅限于理论分析，未真正意义上减小实际焊接中振动对于焊缝成型的影响。如图3.3所示，为实验室现用旋转电弧传感器跟踪的焊缝成型，试验参数为焊接电压 24V，焊接电流 196A，气体保护为80%Ar+20%CO2，焊接速度为40cm/min，可看出由于振动造成的焊接抖动比较明显。如果不能解决旋转电弧传感器振动问题，不仅影响焊接质量，还会在自动化跟踪时产生干扰，影响焊接时信号提取，不利于焊缝跟踪控制，可能导致跟踪失败。