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弧焊机器人焊缝跟踪系统概述
日期:2020-04-09浏览量:1040来源:

机器人电弧焊的主要工艺问题之一是零件制造时需要保持一致性。仅当每个零件的焊缝距编程焊接路径的距离小于焊丝直径的1/2时,才能实现高质量的焊接。焊缝的移动可能是由于固定不良或金属成型过程中的变化而导致的。标准的自动电弧焊系统无法查看接头位置的变化。如果发生不可接受的焊接接头变化,则必须使用一种独立的方法来找到焊缝的位置,以向机器人控制器提供调整焊接路径位置的信息。为了选择正确的方法,制造商必须熟悉每种可用的不同类型传感器系统的优势和局限性。如果传感器可以识别并使用关节的特征,则它只能跟踪关节的位置。本文将概述当今使用的四种常见的机器人电弧焊传感器工艺。这些过程包括:弧焊缝跟踪,电弧电压控制,基于激光的视觉系统和触摸感应。

对于气体金属电弧焊(GMAW),跟踪焊缝的低成本方法是通过电弧焊缝跟踪(TAST)。该方法使用焊接电弧作为传感器来测量由电弧长度变化引起的焊接电流变化。例如,通过使用电弧长度和电弧电流之间的反比例关系来确定伸出的变化。通过监视电弧电流反馈,机器人可以调整割炬的垂直位置以保持恒定的伸出。接缝的横向位置是通过使用机器人的编织功能确定的。当割炬在接缝上编织时,焊接电流反馈将振荡。当前反馈信号中的谷表明割炬正穿过接缝,而信号中的峰值代表割炬位于编织周期的任一边缘。峰值电流信号值的变化向机器人指示割炬远离关节及其位置的纠正。

由于焊接电弧的剧烈特性,焊接电流反馈信号包含大量噪声。这种噪声可能会在机器人解释反馈信号方面造成麻烦,因此必须将其滤除。通过执行此过滤并创建特定的算法以仅使用必要的反馈信息,TAST流程已能够以55ipm的行进速度跟踪顶板厚度为2mm的搭接接头。

TAST控制方法通常具有大量变量,这些变量用于优化各种应用程序的跟踪性能。这使得TAST在集成期间相对难以为运营商编程。很好地理解这些变量如何影响TAST流程将使用户可以优化每个应用程序的设置。帮助用户确定TAST参数设置的实用程序可以创建更加用户友好的程序包。一旦优化了这些变量,就必须保持稳定的焊接过程。由于焊接电流取决于焊接过程,因此该过程中的任何变化都会影响到机器人的反馈。这些变化的原因可能与接触尖端的磨损一样小,也可能与焊接进度的变化一样重要。机器人仅会知道焊接电流反馈已更改,并尝试通过调整焊枪位置进行补偿。

TAST是一种跟踪焊接接头的廉价方法。唯一的硬件要求是焊接电流传感器。机器人还必须具有可以解释当前反馈以修改割炬位置的软件。

使用气体钨极电弧焊(GTAW)时,可以使用TAST中使用的相同感应原理来跟踪焊接接头。代替使用焊接电流,电弧电压控制(AVC)用于监视焊接电压的变化。焊接电压与电弧长度成正比关系。机器人以与TAST相同的方式使用这种关系,以保持焊炬与焊缝的关系。由于反馈信号的灵敏度低,因此AVC主要用于垂直跟踪,但理论上也可以用于横向跟踪。

与TAST一样,AVC的设置和维护可能相对复杂。如果GTAW过程仅用于垂直跟踪而未使用送丝系统,则影响AVC设置的变量数量将大大减少。由于AVC设置取决于各个焊接参数,因此在制定AVC设置之前必须进行良好的焊接。 AVC也是一种便宜的选择,仅需要一些过滤硬件和机械手软件接口。可以使电压传感器硬件在脉冲或恒定焊接电流下工作。

当材料或工艺条件创建的应用程序对于电弧传感器跟踪接头不可行时,可以向机器人添加外部传感器。在可用的外部传感器中,基于激光的传感器在关节的尺寸和类型上提供了最大的灵活性。对于钣金应用,激光传感器可以跟踪材料厚度小于1mm的搭接缝或间隙小于1mm的对接缝。为了跟踪这些接头,必须将激光传感器放置在焊炬的前面,使激光可以扫描整个接头。传感器内部的摄像机监视激光以确定焊接接头的位置。然后将关节信息传递给机器人,该机器人对割炬的位置进行任何调整。国内激光传感器市场品牌主要有国产的创想和进口的赛融、Meta。

与TAST或AVC不同,激光传感器不需要为了获得联合信息而建立电弧。传感器可用于在开始焊接之前搜索接头位置,从而使机器人可以在电弧开始之前将电线直接放在接头上。一旦开始焊接,就可以使用激光跟踪接头。激光传感器还可用于确定有关焊接接头的信息,例如间隙或不匹配。随着该关节信息的变化,机器人可以自适应地修改焊接参数,以匹配变化条件的最佳设置。

激光传感器创建了一个相对复杂的系统,该系统可能会受到恶劣生产环境的日常严酷影响。由于传感器包装盒已固定在焊炬上,因此可能会成为阻碍焊炬接近某些接头的障碍物。传感器包装相对脆弱,程序员必须谨慎创建程序,同时避免与零件和固定装置发生碰撞。一些激光包装还带有机械旋转器,该旋转器使传感器围绕割炬转动,以帮助将激光定位在关节上。虽然旋转器可以减少激光定位的复杂性,但它会增加已经昂贵的系统的体积和成本。为了证明激光跟踪系统的成本合理,应进行一项研究,该研究表明激光传感器将显着降低焊接维修成本。

调整机器人在焊缝中移动的路径的另一种方法称为触摸感应。触摸感应不能用作焊缝跟踪器,而是在开始电弧之前找到焊缝并调整整个焊接路径。机器人通过使用焊接电极或单独的指针与零件电接触。搜索模式由机器人执行,因此它可以接触零件,直到找出接缝已移动和旋转多达三维的距离。然后可以将偏移量应用于该接缝上的每个焊缝。该方法还可以用于确定焊接接头中是否存在间隙,从而需要更改焊接程序。

使用触摸感应必须满足的要求非常简单。大多数机器人焊接电源都包含一个可用于触摸感应技术的电路,并将其保持为一种非常低成本的方法。最大的缺点是机器人增加了执行搜索例程的周期时间。焊接接头还必须具有传感器可以找到的边缘。对于搭接,这需要2mm的顶板厚度。

这些传感方法中的每一种都可以通过机器人控制器上的其他选项得到增强。带有辅助伺服工作台的协调运动为零件编程和设计提供了更多的灵活性。对于需要多次焊缝的大型焊缝,可以使用根焊缝记忆(RPM)记录来自传感器的任何焊缝偏移信息。对于每个附加行程,可以关闭传感器并播放RPM偏移以保持割炬位置。

本文提出的每种类型的传感方法都有其自身的优点和局限性。通过完全理解这些方面,用户可以最好地确定其机器人应用程序所需的条件,以实现最大的生产率。

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