機(jī)器人電弧焊的主要工藝問題之一是零件制造時(shí)需要保持一致性。僅當(dāng)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(xiàn)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程中的變化而導(dǎo)致的。標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)電弧焊系統(tǒng)無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(dú)立的方法來找到焊縫的位置，以向機(jī)器人控制器提供調(diào)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型傳感器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和局限性。如果傳感器可以識(shí)別并使用關(guān)節(jié)的特征，則它只能跟蹤關(guān)節(jié)的位置。本文將概述當(dāng)今使用的四種常見的機(jī)器人電弧焊?jìng)鞲衅鞴に?。這些過程包括：弧焊縫跟蹤，電弧電壓控制，基于激光的視覺系統(tǒng)和觸摸感應(yīng)。
對(duì)于氣體金屬電弧焊（GMAW），跟蹤焊縫的低成本方法是通過電弧焊縫跟蹤（TAST）。該方法使用焊接電弧作為傳感器來測(cè)量由電弧長(zhǎng)度變化引起的焊接電流變化。例如，通過使用電弧長(zhǎng)度和電弧電流之間的反比例關(guān)系來確定伸出的變化。通過監(jiān)視電弧電流反饋，機(jī)器人可以調(diào)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使用機(jī)器人的編織功能確定的。當(dāng)割炬在接縫上編織時(shí)，焊接電流反饋將振蕩。當(dāng)前反饋信號(hào)中的谷表明割炬正穿過接縫，而信號(hào)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(hào)值的變化向機(jī)器人指示割炬遠(yuǎn)離關(guān)節(jié)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(hào)包含大量噪聲。這種噪聲可能會(huì)在機(jī)器人解釋反饋信號(hào)方面造成麻煩，因此必須將其濾除。通過執(zhí)行此過濾并創(chuàng)建特定的算法以僅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(yīng)用程序的跟蹤性能。這使得TAST在集成期間相對(duì)難以為運(yùn)營(yíng)商編程。很好地理解這些變量如何影響TAST流程將使用戶可以優(yōu)化每個(gè)應(yīng)用程序的設(shè)置。幫助用戶確定TAST參數(shù)設(shè)置的實(shí)用程序可以創(chuàng)建更加用戶友好的程序包。一旦優(yōu)化了這些變量，就必須保持穩(wěn)定的焊接過程。由于焊接電流取決于焊接過程，因此該過程中的任何變化都會(huì)影響到機(jī)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(jī)器人僅會(huì)知道焊接電流反饋已更改，并嘗試通過調(diào)整焊槍位置進(jìn)行補(bǔ)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(jī)器人還必須具有可以解釋當(dāng)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(yīng)原理來跟蹤焊接接頭。代替使用焊接電流，電弧電壓控制（AVC）用于監(jiān)視焊接電壓的變化。焊接電壓與電弧長(zhǎng)度成正比關(guān)系。機(jī)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(hào)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(shè)置和維護(hù)可能相對(duì)復(fù)雜。如果GTAW過程僅用于垂直跟蹤而未使用送絲系統(tǒng)，則影響AVC設(shè)置的變量數(shù)量將大大減少。由于AVC設(shè)置取決于各個(gè)焊接參數(shù)，因此在制定AVC設(shè)置之前必須進(jìn)行良好的焊接。 AVC也是一種便宜的選擇，僅需要一些過濾硬件和機(jī)械手軟件接口。可以使電壓傳感器硬件在脈沖或恒定焊接電流下工作。
當(dāng)材料或工藝條件創(chuàng)建的應(yīng)用程序?qū)τ陔娀鞲衅鞲櫧宇^不可行時(shí)，可以向機(jī)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(jié)的尺寸和類型上提供了最大的靈活性。對(duì)于鈑金應(yīng)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(duì)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，使激光可以掃描整個(gè)接頭。傳感器內(nèi)部的攝像機(jī)監(jiān)視激光以確定焊接接頭的位置。然后將關(guān)節(jié)信息傳遞給機(jī)器人，該機(jī)器人對(duì)割炬的位置進(jìn)行任何調(diào)整。國(guó)內(nèi)激光傳感器市場(chǎng)品牌主要有國(guó)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。傳感器可用于在開始焊接之前搜索接頭位置，從而使機(jī)器人可以在電弧開始之前將電線直接放在接頭上。一旦開始焊接，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。隨著該關(guān)節(jié)信息的變化，機(jī)器人可以自適應(yīng)地修改焊接參數(shù)，以匹配變化條件的最佳設(shè)置。
激光傳感器創(chuàng)建了一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可能會(huì)受到惡劣生產(chǎn)環(huán)境的日常嚴(yán)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(duì)脆弱，程序員必須謹(jǐn)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(jī)械旋轉(zhuǎn)器，該旋轉(zhuǎn)器使傳感器圍繞割炬轉(zhuǎn)動(dòng)，以幫助將激光定位在關(guān)節(jié)上。雖然旋轉(zhuǎn)器可以減少激光定位的復(fù)雜性，但它會(huì)增加已經(jīng)昂貴的系統(tǒng)的體積和成本。為了證明激光跟蹤系統(tǒng)的成本合理，應(yīng)進(jìn)行一項(xiàng)研究，該研究表明激光傳感器將顯著降低焊接維修成本。
調(diào)整機(jī)器人在焊縫中移動(dòng)的路徑的另一種方法稱為觸摸感應(yīng)。觸摸感應(yīng)不能用作焊縫跟蹤器，而是在開始電弧之前找到焊縫并調(diào)整整個(gè)焊接路徑。機(jī)器人通過使用焊接電極或單獨(dú)的指針與零件電接觸。搜索模式由機(jī)器人執(zhí)行，因此它可以接觸零件，直到找出接縫已移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)多達(dá)三維的距離。然后可以將偏移量應(yīng)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(yīng)必須滿足的要求非常簡(jiǎn)單。大多數(shù)機(jī)器人焊接電源都包含一個(gè)可用于觸摸感應(yīng)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(jī)器人增加了執(zhí)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(duì)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機(jī)器人控制器上的其他選項(xiàng)得到增強(qiáng)。帶有輔助伺服工作臺(tái)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)為零件編程和設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。對(duì)于需要多次焊縫的大型焊縫，可以使用根焊縫記憶（RPM）記錄來自傳感器的任何焊縫偏移信息。對(duì)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。
本文提出的每種類型的傳感方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性。通過完全理解這些方面，用戶可以最好地確定其機(jī)器人應(yīng)用程序所需的條件，以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)率。
