智能焊接制造基础 课件 第三章 传感技术

智能焊接制造基础第三章智能焊接传感技术目录01传感器基础05温度传感器02电流与电压传感器06力传感器03位置传感器07智能传感器04位移与速度传感器传感器基础PART01传感器是将被测量转换为电信号的装置，是智能焊接制造系统的关键部件，用于检测焊接过程中的各种物理量，如电流、电压、位移、速度等，为焊接过程的自动化和智能化提供数据支持。传感器概念01

传感器通常由敏感元件、转换元件和基本转换电路构成。敏感元件直接感受被测量，转换元件将非电量转换为电路参数量，基本转换电路将电信号转换为便于处理的信号形式。传感器组成02传感器按被测物理量分类，可分为电流、电压、位移、速度、温度、压力等传感器；按工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、霍尔、光电等传感器；按输出信号性质分类，可分为模拟型和数字型传感器。传感器分类03传感器定义传感器的构成传感器的静态特性包括量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率、精确度和稳定性等，这些特性决定了传感器在稳态条件下的测量精度和可靠性。静态特性传感器的动态特性描述了其对随时间变化的输入信号的响应能力，包括最大超调量、调节时间、稳态误差、频率响应范围等，动态特性好的传感器能够准确地反映输入信号的变化规律。动态特性传感器的特性直接影响其在智能焊接制造中的应用效果，良好的特性能够提高焊接过程的监测精度和控制效果，从而证焊接质量特性重要性传感器特性PART02电流与电压传感器霍尔效应原理霍尔效应是指当电流通过置于磁场中的半导体材料时，电子受到磁场作用发生横向偏移，在半导体片两侧形成电场，产生霍尔电压，霍尔电压与电流和磁场的乘积成正比。霍尔电压传感器霍尔电压传感器主要采用LEM霍尔电压传感器，其工作原理是将检测电压信号转换为电流信号，再通过磁场平衡原理进行测量，能够实现高精度的电压检测。霍尔电流传感器霍尔电流传感器分为直测式和LEM霍尔传感器，直测式通过检测霍尔电压测量被测电流，LEM霍尔传感器利用磁场平衡原理，通过检测补偿电流间接测量被测电流，具有高精度和快速响应的特点。霍尔传感器应用在智能焊接制造中，霍尔传感器广泛应用于弧焊整流器的电流和电压检测，通过检测弧焊电源的输出电流和电压信号，实现对焊接过程的精确控制，提高焊接质量和稳定性。霍尔传感器霍尔效应直测式霍尔电流传感器工作原理LEM霍尔传感器工作原理LEM霍尔传感器的应用PART03位置传感器接近式传感器通过检测传感器附近有无物体来获取位置信息，具有非接触式检测、定位准确、灵敏度高、反应速度快、可靠性高等优点，在智能焊接制造中应用广泛。接触式传感器通过物体与传感器的直接接触来获取位置信息，适用于对接触精度要求不高的场合，但存在磨损和接触不良的问题。接触式与接近式对比接触式传感器和接近式传感器各有优缺点，接触式传感器结构简单、成本低，但易磨损；接近式传感器性能优越，但成本较高，选择时需根据实际应用需求进行权衡。接触式与接近式涡流效应是指金属导体置于变化磁场中或在磁场中运动时，导体内部产生感应电流，形成涡流，涡流产生的磁场与原磁场相互作用，导致线圈感抗发生变化，可用于检测金属物体的位置。01涡流效应涡流式位置传感器利用被测物体对传感器内部线圈感抗的影响进行检测，具有非接触式检测、检测距离较远、抗干扰能力强等优点，适用于金属物体的位置检测。02涡流式传感器在智能焊接制造中，电磁式位置传感器常用于检测焊枪、工作台等移动部件的位置，确保焊接过程的精确控制，如汽车焊接生产线中的工件传输位置检测和焊接工位自动转换控制。03电磁式传感器应用电磁式位置传感器涡流引起的磁场变化电磁式位置传感器涡流式传感器工作原理方块图”霍尔式位置传感器由霍尔元件、放大器、施密特整形电路、输出电路等组成，能够将霍尔电压放大并转换为开关信号输出，适用于需要高精度位置检测的场合。在智能焊接制造中，霍尔式位置传感器可用于检测焊接机器人的关节位置、焊接工件的定位等，为焊接过程的自动化和智能化提供精确的位置信息。霍尔式位置传感器利用霍尔效应将被测物体的位置信息转换成电动势，通过检测磁感应强度的有无来判断物体的位置，具有高灵敏度和快速响应的特点。霍尔效应应用霍尔式传感器应用霍尔式传感器结构霍尔式位置传感器霍尔位置传感器内部结构框图光电式位置传感器基于光电效应原理，通过检测被测物体对光的遮挡或反射，将光信号转换为电信号，实现物体位置的检测。光电效应原理光电式位置传感器分为反射型和对射型两大类，反射型利用被测物体对光的反射产生开关信号，适用于检测表面光亮的物体；对射型通过检测物体对光的阻断产生开关信号，适用于检测不透明物体。光电式传感器分类光电式位置传感器在智能焊接制造中应用广泛，如在焊接生产线中检测工件的传输位置、焊接工位的转换控制等，为焊接过程的自动化控制提供了可靠的检测手段。光电式传感器应用光电式位置传感器对射型光电式位置传感器反射型光电式位置传感器反射型光电式位置传感器的工作原理焊接工件传输位置检测焊接工位自动转换PART04位移与速度传感器光栅尺通过光源、移动光栅、固定光栅和受光元件组成，利用光栅的栅缝对光的调制作用，将光信号转换为脉冲信号，通过对脉冲信号的计数实现位移测量，具有高精度、高分辨率的特点。01光栅尺原理光栅尺适用于直线位移和速度的测量，具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，但对环境要求较高，需要防尘、防油污等。02光栅尺特点在智能焊接制造中，光栅尺常用于焊接机器人、焊接工件的直线位移检测和速度控制，如在直缝焊接中检测焊接头的位移和速度，确保焊接质量和精度。03光栅尺应用光栅尺光栅尺04绝对编码器绝对编码器通过光源、光电检测器件、固定光栅和活动光栅盘组成，码盘上的黑白扇区按照一定规律排列，输出一组唯一的编码信号，能够直接反映被测物体的绝对位置，适用于需要高精度定位的场合。编码器应用在智能焊接制造中应用广泛：焊接机器人的关节位置检测、焊接工件的旋转角度和速度控制、直线位移检测，为焊接过程的自动化和智能化提供了精确的测量手段。增量编码器增量编码器通过光源、动光栅、固定光栅和光电检测器件组成，每产生一个输出脉冲对应一个增量位移，能够实现对连续旋转变化的位移量进行检测，具有高精度、高分辨率的特点。多圈绝对编码器多圈绝对编码器通过增加机械齿轮码盘或采用电子增量记圈方式，实现对超过360°的旋转量进行测量，扩大了编码器的测量范围，适用于需要测量多圈旋转的场合。编码器增量编码器绝对编码器绝对编码器真值循环码二进制码真值循环码二进制码000000000811001000100010001911011001200110010101111101030010001111111010114011001001210101100501110101131011110160101011014100111107010001111510001111循环码与二进制码真值表多圈绝对编码器内部齿轮结构齿轮组与码盘示意图电动机恒速控制原理转盘式超声波塑料焊机组与码盘示意图环缝自动焊机编码器测量直线位移PART05温度传感器热电偶基于温差电效应，当两种不同导体材料的两端存在温差时，会产生电动势，通过测量电动势的大小来推算温度，具有测温范围广、精度高、响应快的优点。热电偶原理01热电偶传感器在焊接制造过程中可用于工件温度监测，如测量焊缝附近工件的高温温度，通过温度监测数据优化焊接参数，保证焊接质量。热电偶应用02热电偶传感器热电偶回路热电偶温度传感器红外辐射原理红外辐射式温度传感器基于物体产生红外辐射的特性，通过检测物体辐射的红外线能量来推导物体的温度，具有非接触测量、响应速度快、测量范围广等优点。红外辐射传感器应用红外辐射温度传感器在智能焊接制造中可用于多层焊缝焊接成形过程中的层间温度控制、焊前预热温度检测等方面，为焊接过程的温度控制提供了有效的检测手段。红外辐射式温度传感器红外辐射式温度传感器红外温度传感器电弧增材制造管道焊前感应预热PART06力传感器压电式传感器应用压电式力传感器在智能焊接制造中可用于测量焊接过程中的各种力，如电弧力、焊接应力等，为焊接过程的力控制提供了有效的检测手段。压电式传感器原理压电式传感器利用压电材料的正压电效应，将力转换成电荷，通过电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后输出电信号，具有频带宽、灵敏度高、信噪比高等优点。压电效应压电效应是指某些电介质材料在受到机械力作用时产生电位的现象，正压电效应是材料受力产生电荷，逆压电效应是材料在电场作用下发生形变。压电式力传感器压电式力传感器压电效应示意图传感器工作原理框图丝式应变片箔式应变片电桥电路电阻应变效应是指金属导体或半导体材料在外界力作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化的现象，基于此原理可实现力的测量。电阻应变效应应变式力传感器由弹性敏感元件、电阻应变片和转换电路组成，通过测量电阻应变片的电阻变化来反映被测构件的受力情况，具有高精度、高可靠性、灵敏度高等特点。应变式传感器原理在智能焊接制造中，应变式传感器常用于构件焊缝附近的焊接应力应变测量，为焊接构件的质量评估和安全监测提供了重要的数据支持。应变式传感器应用应变式力传感器PART07智能传感器智能传感器定义智能传感器是传感器与微处理机的集成产物，具备信息检测、处理、存储与决策能力，能够实现对原始信息数据的加工处理，并通过标准总线接口与外界进行数据交换。智能传感器发展随着计算机技术、微机电系统（MEMS）技术、低能耗电路技术和无线射频技术的发展，智能传感器不断向小体积、低成本、低功耗方向发展，广泛应用于智能制造、工业物联网等领域。智能传感器组成智能传感器主要由传感器、信号处理电路和微处理器等组成，传感器负责检测物理量并转换为电信号，信号处理电路对信号进行滤波、放大和转换，微处理器对数字信息进行处理和传输。智能传感器概念智能传感器智能传感器基本原理框图01智能传感器能够同时测量多种物理量，如物体的位移、速度、加速度等，提供更全面的信息，满足智能焊接制造中对多种参数检测的需求。复合敏感功能02智能传感器通过自适应技术，能够补偿零部件参数漂移，适应环境变化，提高检测数据的重复性和准确度，确保焊接过程的稳定性和可靠性。自适应功能03智能传感器能够在供电电源接通时进行自检，测试诊断传感器组件有无故障，并根据使用时间在线进行校正，减少人工维护成本，提高传感器的可靠性。自检、自校、自诊断功能04智能传感器可以存储大量的历史信息和数据，用户可随时查询，为焊接过程的分析和优化提供了丰富的数据支持。信息存储功能05智能传感器能够对检测到的数据进行分析、筛选、存储和传输，实现非线性信号的线性化处理，提高数据的可用性和准确性，为焊接过程的智能化控制提供有力支持。数据处理功能06智能传感器通过数字串行通讯接口实现数据的有效传输，能够与监控系统或操作员进行信息交流，并进行数据的分析和统计计算，实现传感器之间的信息共享和协同工作。数字通讯功能智能传感器功能按功能和用途分类根据功能和用途，智能传感器可分为温度、压力、光强、声音、位置、速度、加速度等不同类型，满足智能焊接制造中各种参数检测的需求。01按结构分类按结构分类，智能传感器可分为模块式、集成式和混合式三种。模块式集成化程度低，体积较大；集成式实现了微型化和结构一体化；混合式是目前广泛应用的类型，具有较好的综合性能。02按智能化程度分类根据智能化程度，智能传感器可分为具有判断能力、学习能力和创造能力的传感器，不同类型的传感器在智能焊接制造中的应用范围和功能有所不同。03智能传感器分类模块式智能传感器集成式智能传感器焊接生产监测智能传感器能够实时监测焊接生产设备的状态和焊接产品的质量，及时发现异常情况，确保焊接生产过程的稳定和高效运行。参数控制通过精确的