提高弧焊機器人跟蹤精度的技術研究

李志輝+袁世國+蔣藝飛+余緒堅

【摘 要】弧焊機器人的主要工藝問題之一是需要保證零件焊接的一致性。 當焊縫接頭位置因各種原因發(fā)生變化時，需要借助傳感器幫助弧焊機器人確定焊縫接頭位置。論文重點介紹了提升弧焊機器人跟蹤精度的方法，即增加電弧跟蹤，使用焊接過程“壁方向指定”功能，對系統(tǒng)電流參數進行調整，提高拼搭質量，合理增加傳感命令，增加“傳感糾正”命令等，從而提升弧焊機器人的跟蹤精度及焊接質量。

【Abstract】One of the main technical problems of arc welding robots is ensuring the consistency of the parts welding. When the weld joint position changes for various reasons， it is necessary to use the sensor to help the arc welding robot to locate the joint. This paper mainly introduces the method to improve the tracking precision of arc welding robot， that is to increase the arc welding process tracking， using "wall designated" function to adjust the system parameters to improve the current， assembling quality， reasonably increase the sensing order， increase the "correct sensing" command， so as to improve the tracking precision and welding quality of the arc welding robot .

【關鍵詞】弧焊機器人；電弧跟蹤；精度；技術研究

【Keywords】arc welding robot ； arc tracking； precision ； technical research

【中圖分類號】TP242；TG409 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0182-02

1 引言

弧焊機器人設備具有焊接質量穩(wěn)定、焊接效率高、可持續(xù)作業(yè)等特點，近幾年發(fā)展迅速，已廣泛運用于橋梁、建筑鋼結構、工程機械、造船等領域。

工程機械構件結構復雜，體型龐大，對焊接要求比較高，用焊接機器人編程時難度較大，在機器人焊接過程中容易出現跟蹤精度低下的現象，從而出現焊縫焊偏的質量缺陷，需要進行人工返工返修，這樣不僅降低了生產效率，同時也嚴重影響了部件的焊接質量，因此應盡量避免焊接機器人出現焊偏的問題，這就需要我們進一步研究影響弧焊機器人跟蹤精度的控制因素，并制定措施進行改進[1]。

各種焊接缺陷中，焊偏缺陷返修難度大，時間長，而焊偏問題與機器人跟蹤精度有密切的關系，下文將重點分析跟蹤精度偏低產生的原因，并提出提升弧焊機器人跟蹤精度的對策。

2 中厚板焊接機器人系統(tǒng)

目前我公司采用的焊接機器人系統(tǒng)為神戶集團的電弧焊接機器人“ARCMAN系列”。機器人由本體、變位機、移動裝置、焊接裝置、控制系統(tǒng)組成。

3 弧焊機器人跟蹤系統(tǒng)介紹

在焊接過程焊槍會發(fā)生擺動，擺到兩側時由于干伸長變短導致電流增加，擺到中心時由于干伸長變長導致電流減小，電弧傳感器就是利用這個原理實現電弧跟蹤的。如果焊炬以焊縫為中心擺動，則擺到兩側時的干伸長是對稱的，電流波形也是對稱的，如果焊炬偏到某一側，則該側的干伸長變短電流較大，另外一側的干伸長變長電流較小，兩邊電流波形不對稱，系統(tǒng)據此可判斷出焊炬已經偏離焊縫中，然后再據此調節(jié)焊炬位置使焊炬回到焊縫中心位置。

4 提高電弧跟蹤精度措施

電弧跟蹤與編程質量、保護氣體種類、焊絲種類、焊絲直徑、焊絲伸出長度、焊接電源種類、坡口形式、母材材質、各種焊接條件、機器人命令選擇等有密切的關系，因此只要上述一個條件改變，都會造成電弧跟蹤性能變化。因此，必須進行適當調整，通過穩(wěn)定的焊接條件保證電弧的跟蹤精度。

4.1 焊接程序命令選擇

弧焊機器人編程過程，需要添加合適的編程命令以提高電弧跟蹤精度。

4.1.1 電弧傳感命令

電弧傳感功能是在焊接中自動檢測焊接線的位置，追蹤位置偏移的功能，在電弧傳感中有焊接線跟蹤和坡口幅度跟蹤，因此增加電弧傳感功能，可以在很大程度上保證電弧跟蹤的準確性。

為了使電弧傳感功能起作用，必須設定自動條件命令或者數據庫的呼出命令。電弧傳感功能在設定自動條件命令或者數據庫呼出命令時，通過選擇“電弧傳感 有效”變?yōu)橛行А?/p>

在程序中增加“電弧傳感命令”，這種功能是在焊接中自動檢測焊接線位置，追蹤位置偏移的功能，主要分為左右方向跟蹤和上下方向跟蹤[2]。

但是，通過呼出數據庫或者自動條件命令進行個別設定的時候，必須設定擺動條件。

4.1.2 傳感糾正量的反映功能

傳感糾正量的反映功能，是通過取得已經存的傳感功能檢測到的位置偏移糾正量，將此糾正量在任意的步驟反映的功能。其可以取得3方向傳感、焊接長傳感、圓弧傳感、開始點傳感（包含多點/間隙/焊絲探測的各傳感）的傳感糾正量?？梢匀〉玫膫鞲屑m正量，僅為機器人前端的XYZ成分，不包括焊槍姿勢。

特別是對于不規(guī)則水平角焊且焊接精度要求高的情況下，雖然在開始點增加了“三方向傳感”甚至“焊接接觸傳感”命令確定了焊縫中心位置，但是在焊接過程由于物料的尺寸偏差、焊接變形及本身拼搭差異導致在焊接中途出現跟蹤不良問題，此時需要在焊縫多點處增加“傳感糾正量取得命令”。

4.2 焊接參數調整

4.2.1 電流調整

弧焊機器人系統(tǒng)內設置的參數只針對目前所采用的焊接工藝，一旦焊接工藝改變就需要重新計算焊接電流參數，使其與目前的焊接條件相匹配，否則在焊接過程就容易出現跟蹤精度偏低以及焊接參數示教設定與實際顯示不一樣的問題。

電流調整過程需要在焊接工藝更改之后批量生產之前進行，測試的電流范圍可以根據機器人焊接過程實際需求的電流值，一般情況為（100～420）A開展，得出焊接電流調整值，運用電流調整軟件（廠家提供）計算出相應的參數及調整曲線，輸入示教器建立新的參數庫。

電流調整在很多情況下并非一次就能調整成功，需要多次調整后跟蹤效果，直到參數穩(wěn)定為止。

4.2.2 跟蹤偏置調整

焊縫跟蹤偏置調整是調整跟蹤精度的一個參數，對電弧傳感的位置偏移檢測精度時設定的命令。在進行跟蹤偏置調整時，并非偏置參數越大越好，因為參數大精度高，相應的會出現焊縫蛇形問題，因此偏置值需要根據具體情況設定，并且經過多次調整試驗后確定最佳值，不可太大也不可太小。

4.2.3 干伸長度調整參數

觀察機器人焊接過程，保證干伸長度為（22～25）mm。焊接機器人都有電弧上下方向跟蹤，如果開啟電弧跟蹤功能仍不能滿足干伸長度要求時，就需要重新對其做電流調整或者更改焊接機器人干伸長度調整參數。

4.2.4 其他參數調整

其實在焊接過程任何不合理的設定焊接參數都有可能會影響到電弧跟蹤精度，如焊接電流/電壓，焊接電流、電壓過高的話，會有電弧傳感誤動作的情況。相反，過低的話，電弧不穩(wěn)定，具有焊縫蛇形的可能性，因此需要合理設置焊接電流電壓。另外是焊接速度/擺動次數，電弧傳感的追蹤范圍是，焊接速度越快、擺動次數越少越狹窄，而焊接速度越慢擺動次數越多越寬。

5 結語

通過以上改進方法，弧焊機器人電弧跟蹤精度得到明顯提升，避免出現跟蹤不良導致焊接質量問題，提高了生產效率，提升了我公司生產工程機械的市場競爭力。

【參考文獻】

【1】劉文武.焊接機器人在工程機械行業(yè)中的應用[J].科技致富向導，2010（23）：276-277.

【2】蔣藝飛.中厚板焊接機器人質量提升方法[J].裝備制造技術雜志，2015，251（11）：144-147