如何比較焊縫跟蹤解決方案

日期：2021-04-10瀏覽量：1925來源：

了解“焊縫跟蹤”意味著了解各種可能的解決方案。根據(jù)您的工藝，材料和周期時(shí)間的需要，正確的解決方案通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)。
但是，如果您不了解所有可用的解決方案？
所有不同的焊縫跟蹤解決方案都有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？
并且基于我的焊接工藝，某些焊縫跟蹤解決方案是否不適合我？
傳感器技術(shù)為您的焊接操作提供了很多可能性。有些成本低廉，功能有限，而另一些則需要大量投資和周到的設(shè)計(jì)-它最大的好處是節(jié)省使用過程中的成本。
主要使用激光器、光學(xué)傳感器和中央處理器，利用光學(xué)傳播與成像原理，得到激光掃描區(qū)域內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的位置信息，通過復(fù)雜的程序算法完成對(duì)常見焊縫的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)范圍，檢測(cè)能力以及針對(duì)焊接過程中的常見問題都有相應(yīng)的功能設(shè)置。設(shè)備通過計(jì)算檢測(cè)到的焊縫與焊槍之間的偏差，輸出偏差數(shù)據(jù)，由運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)糾正偏差，精確引導(dǎo)焊槍自動(dòng)焊接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程中焊縫的智能實(shí)時(shí)跟蹤。
光學(xué)焊縫跟蹤的優(yōu)點(diǎn)
1.確保安全焊接和完美焊縫
2.降低熱負(fù)荷
3.提高生產(chǎn)率
4.可以使焊槍處于理想位置
5.可補(bǔ)償生產(chǎn)、設(shè)備和操作公差
6.對(duì)于復(fù)雜的焊件，可減少編程工作
7.可實(shí)現(xiàn)一致的和可復(fù)現(xiàn)的連接
激光焊縫跟蹤

激光焊縫跟蹤系統(tǒng)也稱為光學(xué)或視覺焊縫跟蹤，它使用激光三角測(cè)量法作為實(shí)現(xiàn)原理。借助正確的軟件包，激光跟蹤可以在專機(jī)自動(dòng)化和機(jī)器人系統(tǒng)上使用。
從概念上講，激光焊縫跟蹤是指將激光束從設(shè)備中射出，照射在被測(cè)物體表面。從表面反射，然后反射回傳感器中，然后傳感器獲得光束照射的位置。因此，通過激光焊縫跟蹤系統(tǒng)可以知道激光發(fā)射器與相機(jī)上傳感器之間的距離，從而可以對(duì)反彈的材料的位置進(jìn)行三角測(cè)量。
從本質(zhì)上講，您可以獲得焊縫的Z（高度）和Y（交叉）的圖像，因此傳感器知道其反饋的圖像是距傳感器射線的X（距離）尺寸，并且它的特征是在整個(gè)Y方向的視野中，選擇是正還是負(fù)。
激光焊縫跟蹤傳感器不知道X方向或零件的長(zhǎng)度。這就是為什么您將設(shè)備與控制系統(tǒng)配合使用，然后控制系統(tǒng)定義X值的過程-稱為校準(zhǔn)的過程。
校準(zhǔn)后，您的焊縫跟蹤系統(tǒng)會(huì)在整個(gè)焊接過程中知道X，Y和Z的位置。
通過電弧跟蹤

通過電弧跟蹤，這是您將應(yīng)用接觸感應(yīng)的第二階段。接觸感應(yīng)后，您可以找到弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后應(yīng)用通過電弧跟蹤進(jìn)行焊接過程中的跟蹤。電弧跟蹤可以在關(guān)節(jié)的Z和Y軸上跟蹤，非常適合于較厚的材料。
電弧跟蹤需要擺動(dòng)的焊接過程。當(dāng)焊絲從接頭的一側(cè)過渡到另一側(cè)時(shí)，電流正在變化。發(fā)生這種情況的原因是，焊絲的伸出量隨TCP到工作距離的變化而減小。這使機(jī)器人可以解析電流的變化并調(diào)整示教路徑，從而在焊縫中保持適當(dāng)?shù)暮附游恢谩?/span>
電弧跟蹤適用于較厚的材料搭接，并且需要5 mm或更厚的厚度才能保持穩(wěn)定。不建議使用較低的厚度進(jìn)行電弧跟蹤，否則可能會(huì)出現(xiàn)跟蹤不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn) -這會(huì)降低整個(gè)過程中焊縫的完整性。
電弧跟蹤的另一個(gè)限制是您必須增加循環(huán)時(shí)間，因?yàn)樗枰獧C(jī)器人在焊接過程中進(jìn)行擺動(dòng)。
最后，電弧跟蹤僅限于用于低碳鋼或不銹鋼。在鋁焊接時(shí)候，無法可靠地進(jìn)行電弧跟蹤。材料的條件也很重要。零件的清潔度，結(jié)垢或生銹會(huì)影響參數(shù)集，因?yàn)槟O(shè)置了電流變化所需的標(biāo)準(zhǔn)。因此，由于金屬的結(jié)垢或生銹，在某個(gè)方向上產(chǎn)生2％的電流變化將產(chǎn)生電弧跟蹤不一致的特性。
電弧跟蹤也無法空運(yùn)行，因?yàn)闄C(jī)器人必須進(jìn)行焊接才能跟蹤。遇到點(diǎn)焊也有問題，因?yàn)楫?dāng)您在焊點(diǎn)上進(jìn)行電弧跟蹤時(shí)，伸出的焊絲長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，這也可能會(huì)影響跟蹤的穩(wěn)定性。
機(jī)械式焊縫跟蹤

機(jī)械式是一種接觸材料的物理接觸探針，我們經(jīng)常稱之為機(jī)械跟蹤。機(jī)械式通常用于專機(jī)自動(dòng)化和某些激光釬焊應(yīng)用中，而不是推薦用于6軸機(jī)器人的焊縫跟蹤應(yīng)用。它在焊接接頭內(nèi)部插入尖端或探針，并檢測(cè)其與所接觸的邊緣和原始焊源之間的偏差，并相應(yīng)地調(diào)整其橫向滑動(dòng)，以正確地將自身定位在焊縫上。
機(jī)械式焊縫跟蹤具有非常簡(jiǎn)單的操作功能，可應(yīng)用于各種過程，包括子弧，明弧和釬焊，這使其成為一種非常通用的焊縫跟蹤形式。機(jī)械式也不受任何材料的限制，因此您可以在從不銹鋼到鋁質(zhì)材料的任何機(jī)械式焊縫中跟蹤系統(tǒng)而不會(huì)受到任何影響。
維護(hù)是保持機(jī)械式焊縫跟蹤系統(tǒng)正常工作的重要部分。機(jī)械式系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)發(fā)生零件磨損，因?yàn)榧舛耸冀K與關(guān)節(jié)表面保持接觸。當(dāng)您的尖端磨損并變短時(shí)，它會(huì)傾向于將焊接TCP向前推到更靠近焊縫接頭的位置，這會(huì)產(chǎn)生不良的焊接或完全損壞焊槍的前端。重要的是要檢查探針的磨損，以確保其正確地脫離焊槍，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。
與無接觸解決方案相比，焊接飛濺和電纜維護(hù)等是需要檢查和維護(hù)的其他項(xiàng)目。
機(jī)械式解決方案也不能很好地適應(yīng)點(diǎn)焊。焊點(diǎn)可以將探針提起至焊縫上方，并沿相同的方向引導(dǎo)電弧，這與通常建議的焊槍焊接時(shí)候越過焊點(diǎn)的規(guī)則相反。
機(jī)械式跟蹤也不是自適應(yīng)的。這些類型的系統(tǒng)一般只能進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，不考慮由于工具而導(dǎo)致的不匹配或間隙尺寸。也無法進(jìn)行坡口的面積計(jì)算。機(jī)械式探針將鎖定在凹槽中，并且?guī)缀醪粫?huì)偏離凹槽。凹槽中足夠大的變化量或足夠大的定位焊縫都可以使探針脫離其期望的軌跡。
像對(duì)接焊縫這樣的焊縫輪廓很難在沒有間隙的情況下進(jìn)行機(jī)械式焊縫跟蹤。使探針沿一個(gè)方向高速移動(dòng)的非線性焊接對(duì)于機(jī)械式焊縫跟蹤應(yīng)用不是理想的情況。它適用于大型壓力容器或管道焊接。
焊接速度是機(jī)械式焊縫跟蹤的另一個(gè)限制，因?yàn)樗ǔＲ暂^低的速度移動(dòng)，這會(huì)降低您的周期時(shí)間。
將機(jī)械式與基于視覺的焊縫跟蹤進(jìn)行比較是一個(gè)問題，一種是基于接觸的方法，另一種是非接觸方法。雖然是機(jī)械裝置，但通常是較低的前期資本投資，由于是機(jī)械過程，因此需要更多的維護(hù)，長(zhǎng)期來看，這可能使其成為成本效益較低的解決方案測(cè)量體的靈敏度和組件的持續(xù)磨損。
觸控感應(yīng)

機(jī)器人在焊嘴或焊絲上施加少量電壓的機(jī)械式感應(yīng)。它們的功能相同，唯一的區(qū)別是每種方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)械手的方式。通過電壓，機(jī)器人將到達(dá)工作材料，接觸它，會(huì)發(fā)生短路，然后機(jī)器人將記錄該記錄值所在的位置，并告訴機(jī)器人表面在哪里。大多數(shù)情況下，每個(gè)焊縫至少需要接觸兩次才能找到位置-垂直和水平表面。機(jī)器人將連接這些搜索向量并在焊縫處進(jìn)行三角剖分。
在角部或外側(cè)邊緣的焊縫上，通常需要第三次搜尋機(jī)器人才能獲得所有正確的位置，以使機(jī)器人能夠找到并“跟蹤”焊縫。
接觸感應(yīng)可用作低成本的聯(lián)合跟蹤解決方案。這是一個(gè)基于軟件的簡(jiǎn)單解決方案，您可以從示教器中應(yīng)用它，而無需其他系統(tǒng)。接觸感應(yīng)的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)之一是，您可以進(jìn)入狹窄的區(qū)域，因?yàn)槌藱C(jī)器人的焊槍噴嘴或者夾具以外，沒有其他硬件會(huì)干涉機(jī)器人到達(dá)。
但是，接觸感應(yīng)確實(shí)有一些限制，這使其成為焊縫搜尋和焊縫跟蹤的補(bǔ)救性解決方案。首先是接觸感應(yīng)是一個(gè)緩慢的過程，每個(gè)搜索向量會(huì)增加3到5秒。因此，如果您在2D零件上進(jìn)行接觸感應(yīng)，則可能會(huì)增加6至10秒的焊接周期，而如果您在3D零件上進(jìn)行接觸感應(yīng)，則每次電弧開始和結(jié)束的周期時(shí)間最多會(huì)增加15秒。
接觸感應(yīng)的故障點(diǎn)數(shù)量也超過其他解決方案。諸如彎曲的焊絲或骯臟且鱗狀的工件材料之類的條件使得難以始終如一地運(yùn)行接觸感應(yīng)。接觸感應(yīng)僅用于找到您的弧線起點(diǎn)或弧線終點(diǎn)，并不能幫助解決整個(gè)焊接過程中的零件變化問題，因此它無法補(bǔ)償零件的固定或工具加工不一致的情況。
接觸感應(yīng)也受焊接點(diǎn)類型的限制。角焊縫和搭接是最常見和推薦的接頭，但是即使是搭接，也必須考慮材料的厚度。小于5毫米的接頭都可能會(huì)成為執(zhí)行接觸感應(yīng)的問題，因?yàn)楹附z可能會(huì)遺漏上板的材料厚度導(dǎo)致零件過沖，或者碰到下板并得到錯(cuò)誤的搜索。
您的機(jī)器人焊槍還需要裝在焊槍包裝中的夾絲氣缸和剪絲機(jī)構(gòu)，以在距TCP固定的距離處剪切焊絲，以便在整個(gè)過程中獲得一致的讀數(shù)。
接觸感應(yīng)也需要清潔的邊緣，因此點(diǎn)焊或來料不良的零件可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的搜尋數(shù)據(jù)。
2D視覺系統(tǒng)

將2D視覺想象成一臺(tái)相機(jī)。它在焊接之前獲取理想零件的參考圖像，并將參考圖像與每個(gè)新的后續(xù)零件進(jìn)行匹配-檢測(cè)任何偏移并調(diào)整焊接路徑。它只會(huì)在該圖像位于其表面的位置上提供黑白圖像的參考。2D無法確定高度或深度，因此不被認(rèn)為是進(jìn)行焊縫跟蹤的可靠過程。
V型接頭和搭接接頭等接頭對(duì)于2D立體環(huán)境而言非常成問題，因?yàn)樗鼰o法確定這些類型的焊接接頭的深度。對(duì)于2D系統(tǒng)，像鋁這樣的光澤材料也存在問題。通常，2D用于識(shí)別零件而不是跟蹤。這是一個(gè)基于視覺的系統(tǒng)，因此外界光線的干擾對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。另外，相機(jī)鏡頭對(duì)焊縫飛濺和電弧光的損壞也很敏感。

任何針對(duì)焊接過程的焊縫跟蹤解決方案都會(huì)增加周期時(shí)間，但是激光焊縫跟蹤會(huì)增加最少的時(shí)間-通常每次掃描的焊縫周期約為四分之一秒。它也可以移動(dòng)最快。光學(xué)焊縫跟蹤最快可以達(dá)到每分鐘5米，因此，如果需要高行進(jìn)速度，它不會(huì)限制機(jī)器人或龍門架的速度。激光焊縫跟蹤還可以用于焊接以外的過程，例如切割，涂膠和打磨。