機器人電弧焊的主要工藝問(wèn)題之一是零件制造時(shí)需要保持一致性。僅當每個(gè)零件的焊縫距編程焊接路徑的距離小于焊絲直徑的1/2時(shí)，才能實(shí)現高質(zhì)量的焊接。焊縫的移動(dòng)可能是由于固定不良或金屬成型過(guò)程中的變化而導致的。標準的自動(dòng)電弧焊系統無(wú)法查看接頭位置的變化。如果發(fā)生不可接受的焊接接頭變化，則必須使用一種獨立的方法來(lái)找到焊縫的位置，以向機器人控制器提供調整焊接路徑位置的信息。為了選擇正確的方法，制造商必須熟悉每種可用的不同類(lèi)型傳感器系統的優(yōu)勢和局限性。如果傳感器可以識別并使用關(guān)節的特征，則它只能跟蹤關(guān)節的位置。本文將概述當今使用的四種常見(jiàn)的機器人電弧焊傳感器工藝。這些過(guò)程包括：弧焊縫跟蹤，電弧電壓控制，基于激光的視覺(jué)系統和觸摸感應。
對于氣體金屬電弧焊（GMAW），跟蹤焊縫的低成本方法是通過(guò)電弧焊縫跟蹤（TAST）。該方法使用焊接電弧作為傳感器來(lái)測量由電弧長(cháng)度變化引起的焊接電流變化。例如，通過(guò)使用電弧長(cháng)度和電弧電流之間的反比例關(guān)系來(lái)確定伸出的變化。通過(guò)監視電弧電流反饋，機器人可以調整割炬的垂直位置以保持恒定的伸出。接縫的橫向位置是通過(guò)使用機器人的編織功能確定的。當割炬在接縫上編織時(shí)，焊接電流反饋將振蕩。當前反饋信號中的谷表明割炬正穿過(guò)接縫，而信號中的峰值代表割炬位于編織周期的任一邊緣。峰值電流信號值的變化向機器人指示割炬遠離關(guān)節及其位置的糾正。
由于焊接電弧的劇烈特性，焊接電流反饋信號包含大量噪聲。這種噪聲可能會(huì )在機器人解釋反饋信號方面造成麻煩，因此必須將其濾除。通過(guò)執行此過(guò)濾并創(chuàng )建特定的算法以?xún)H使用必要的反饋信息，TAST流程已能夠以55ipm的行進(jìn)速度跟蹤頂板厚度為2mm的搭接接頭。
TAST控制方法通常具有大量變量，這些變量用于優(yōu)化各種應用程序的跟蹤性能。這使得TAST在集成期間相對難以為運營(yíng)商編程。很好地理解這些變量如何影響TAST流程將使用戶(hù)可以?xún)?yōu)化每個(gè)應用程序的設置。幫助用戶(hù)確定TAST參數設置的實(shí)用程序可以創(chuàng )建更加用戶(hù)友好的程序包。一旦優(yōu)化了這些變量，就必須保持穩定的焊接過(guò)程。由于焊接電流取決于焊接過(guò)程，因此該過(guò)程中的任何變化都會(huì )影響到機器人的反饋。這些變化的原因可能與接觸尖端的磨損一樣小，也可能與焊接進(jìn)度的變化一樣重要。機器人僅會(huì )知道焊接電流反饋已更改，并嘗試通過(guò)調整焊槍位置進(jìn)行補償。
TAST是一種跟蹤焊接接頭的廉價(jià)方法。唯一的硬件要求是焊接電流傳感器。機器人還必須具有可以解釋當前反饋以修改割炬位置的軟件。
使用氣體鎢極電弧焊（GTAW）時(shí)，可以使用TAST中使用的相同感應原理來(lái)跟蹤焊接接頭。代替使用焊接電流，電弧電壓控制（AVC）用于監視焊接電壓的變化。焊接電壓與電弧長(cháng)度成正比關(guān)系。機器人以與TAST相同的方式使用這種關(guān)系，以保持焊炬與焊縫的關(guān)系。由于反饋信號的靈敏度低，因此AVC主要用于垂直跟蹤，但理論上也可以用于橫向跟蹤。
與TAST一樣，AVC的設置和維護可能相對復雜。如果GTAW過(guò)程僅用于垂直跟蹤而未使用送絲系統，則影響AVC設置的變量數量將大大減少。由于A(yíng)VC設置取決于各個(gè)焊接參數，因此在制定AVC設置之前必須進(jìn)行良好的焊接。 AVC也是一種便宜的選擇，僅需要一些過(guò)濾硬件和機械手軟件接口?？梢允闺妷簜鞲衅饔布诿}沖或恒定焊接電流下工作。
當材料或工藝條件創(chuàng )建的應用程序對于電弧傳感器跟蹤接頭不可行時(shí)，可以向機器人添加外部傳感器。在可用的外部傳感器中，基于激光的傳感器在關(guān)節的尺寸和類(lèi)型上提供了最大的靈活性。對于鈑金應用，激光傳感器可以跟蹤材料厚度小于1mm的搭接縫或間隙小于1mm的對接縫。為了跟蹤這些接頭，必須將激光傳感器放置在焊炬的前面，使激光可以?huà)呙枵麄€(gè)接頭。傳感器內部的攝像機監視激光以確定焊接接頭的位置。然后將關(guān)節信息傳遞給機器人，該機器人對割炬的位置進(jìn)行任何調整。國內激光傳感器市場(chǎng)品牌主要有國產(chǎn)的創(chuàng )想和進(jìn)口的賽融、Meta。
與TAST或AVC不同，激光傳感器不需要為了獲得聯(lián)合信息而建立電弧。傳感器可用于在開(kāi)始焊接之前搜索接頭位置，從而使機器人可以在電弧開(kāi)始之前將電線(xiàn)直接放在接頭上。一旦開(kāi)始焊接，就可以使用激光跟蹤接頭。激光傳感器還可用于確定有關(guān)焊接接頭的信息，例如間隙或不匹配。隨著(zhù)該關(guān)節信息的變化，機器人可以自適應地修改焊接參數，以匹配變化條件的最佳設置。
激光傳感器創(chuàng )建了一個(gè)相對復雜的系統，該系統可能會(huì )受到惡劣生產(chǎn)環(huán)境的日常嚴酷影響。由于傳感器包裝盒已固定在焊炬上，因此可能會(huì )成為阻礙焊炬接近某些接頭的障礙物。傳感器包裝相對脆弱，程序員必須謹慎創(chuàng )建程序，同時(shí)避免與零件和固定裝置發(fā)生碰撞。一些激光包裝還帶有機械旋轉器，該旋轉器使傳感器圍繞割炬轉動(dòng)，以幫助將激光定位在關(guān)節上。雖然旋轉器可以減少激光定位的復雜性，但它會(huì )增加已經(jīng)昂貴的系統的體積和成本。為了證明激光跟蹤系統的成本合理，應進(jìn)行一項研究，該研究表明激光傳感器將顯著(zhù)降低焊接維修成本。
調整機器人在焊縫中移動(dòng)的路徑的另一種方法稱(chēng)為觸摸感應。觸摸感應不能用作焊縫跟蹤器，而是在開(kāi)始電弧之前找到焊縫并調整整個(gè)焊接路徑。機器人通過(guò)使用焊接電極或單獨的指針與零件電接觸。搜索模式由機器人執行，因此它可以接觸零件，直到找出接縫已移動(dòng)和旋轉多達三維的距離。然后可以將偏移量應用于該接縫上的每個(gè)焊縫。該方法還可以用于確定焊接接頭中是否存在間隙，從而需要更改焊接程序。
使用觸摸感應必須滿(mǎn)足的要求非常簡(jiǎn)單。大多數機器人焊接電源都包含一個(gè)可用于觸摸感應技術(shù)的電路，并將其保持為一種非常低成本的方法。最大的缺點(diǎn)是機器人增加了執行搜索例程的周期時(shí)間。焊接接頭還必須具有傳感器可以找到的邊緣。對于搭接，這需要2mm的頂板厚度。
這些傳感方法中的每一種都可以通過(guò)機器人控制器上的其他選項得到增強。帶有輔助伺服工作臺的協(xié)調運動(dòng)為零件編程和設計提供了更多的靈活性。對于需要多次焊縫的大型焊縫，可以使用根焊縫記憶（RPM）記錄來(lái)自傳感器的任何焊縫偏移信息。對于每個(gè)附加行程，可以關(guān)閉傳感器并播放RPM偏移以保持割炬位置。
本文提出的每種類(lèi)型的傳感方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性。通過(guò)完全理解這些方面，用戶(hù)可以最好地確定其機器人應用程序所需的條件，以實(shí)現最大的生產(chǎn)率。
