李志輝+袁世國(guó)+蔣藝飛+余緒堅(jiān)

【摘 要】弧焊機(jī)器人的主要工藝問(wèn)題之一是需要保證零件焊接的一致性。 當(dāng)焊縫接頭位置因各種原因發(fā)生變化時(shí)，需要借助傳感器幫助弧焊機(jī)器人確定焊縫接頭位置。論文重點(diǎn)介紹了提升弧焊機(jī)器人跟蹤精度的方法，即增加電弧跟蹤，使用焊接過(guò)程“壁方向指定”功能，對(duì)系統(tǒng)電流參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提高拼搭質(zhì)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(jī)器人的跟蹤精度及焊接質(zhì)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(guān)鍵詞】弧焊機(jī)器人；電弧跟蹤；精度；技術(shù)研究

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

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP242；TG409 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）06-0182-02

1 引言

弧焊機(jī)器人設(shè)備具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接效率高、可持續(xù)作業(yè)等特點(diǎn)，近幾年發(fā)展迅速，已廣泛運(yùn)用于橋梁、建筑鋼結(jié)構(gòu)、工程機(jī)械、造船等領(lǐng)域。

工程機(jī)械構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體型龐大，對(duì)焊接要求比較高，用焊接機(jī)器人編程時(shí)難度較大，在機(jī)器人焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)跟蹤精度低下的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)焊縫焊偏的質(zhì)量缺陷，需要進(jìn)行人工返工返修，這樣不僅降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)也嚴(yán)重影響了部件的焊接質(zhì)量，因此應(yīng)盡量避免焊接機(jī)器人出現(xiàn)焊偏的問(wèn)題，這就需要我們進(jìn)一步研究影響弧焊機(jī)器人跟蹤精度的控制因素，并制定措施進(jìn)行改進(jìn)[1]。

各種焊接缺陷中，焊偏缺陷返修難度大，時(shí)間長(zhǎng)，而焊偏問(wèn)題與機(jī)器人跟蹤精度有密切的關(guān)系，下文將重點(diǎn)分析跟蹤精度偏低產(chǎn)生的原因，并提出提升弧焊機(jī)器人跟蹤精度的對(duì)策。

2 中厚板焊接機(jī)器人系統(tǒng)

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

3 弧焊機(jī)器人跟蹤系統(tǒng)介紹

在焊接過(guò)程焊槍會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，擺到兩側(cè)時(shí)由于干伸長(zhǎng)變短導(dǎo)致電流增加，擺到中心時(shí)由于干伸長(zhǎng)變長(zhǎng)導(dǎo)致電流減小，電弧傳感器就是利用這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)電弧跟蹤的。如果焊炬以焊縫為中心擺動(dòng)，則擺到兩側(cè)時(shí)的干伸長(zhǎng)是對(duì)稱的，電流波形也是對(duì)稱的，如果焊炬偏到某一側(cè)，則該側(cè)的干伸長(zhǎng)變短電流較大，另外一側(cè)的干伸長(zhǎng)變長(zhǎng)電流較小，兩邊電流波形不對(duì)稱，系統(tǒng)據(jù)此可判斷出焊炬已經(jīng)偏離焊縫中，然后再據(jù)此調(diào)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(zhì)量、保護(hù)氣體種類(lèi)、焊絲種類(lèi)、焊絲直徑、焊絲伸出長(zhǎng)度、焊接電源種類(lèi)、坡口形式、母材材質(zhì)、各種焊接條件、機(jī)器人命令選擇等有密切的關(guān)系，因此只要上述一個(gè)條件改變，都會(huì)造成電弧跟蹤性能變化。因此，必須進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)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(jī)器人編程過(guò)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(dòng)檢測(cè)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(zhǔn)確性。

為了使電弧傳感功能起作用，必須設(shè)定自動(dòng)條件命令或者數(shù)據(jù)庫(kù)的呼出命令。電弧傳感功能在設(shè)定自動(dòng)條件命令或者數(shù)據(jù)庫(kù)呼出命令時(shí)，通過(guò)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(dòng)檢測(cè)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(guò)呼出數(shù)據(jù)庫(kù)或者自動(dòng)條件命令進(jìn)行個(gè)別設(shè)定的時(shí)候，必須設(shè)定擺動(dòng)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(guò)取得已經(jīng)存的傳感功能檢測(cè)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(zhǎng)傳感、圓弧傳感、開(kāi)始點(diǎn)傳感（包含多點(diǎn)/間隙/焊絲探測(cè)的各傳感）的傳感糾正量。可以取得的傳感糾正量，僅為機(jī)器人前端的XYZ成分，不包括焊槍姿勢(shì)。

特別是對(duì)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(kāi)始點(diǎn)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(guò)程由于物料的尺寸偏差、焊接變形及本身拼搭差異導(dǎo)致在焊接中途出現(xiàn)跟蹤不良問(wèn)題，此時(shí)需要在焊縫多點(diǎn)處增加“傳感糾正量取得命令”。

4.2 焊接參數(shù)調(diào)整

4.2.1 電流調(diào)整

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的參數(shù)只針對(duì)目前所采用的焊接工藝，一旦焊接工藝改變就需要重新計(jì)算焊接電流參數(shù)，使其與目前的焊接條件相匹配，否則在焊接過(guò)程就容易出現(xiàn)跟蹤精度偏低以及焊接參數(shù)示教設(shè)定與實(shí)際顯示不一樣的問(wèn)題。

電流調(diào)整過(guò)程需要在焊接工藝更改之后批量生產(chǎn)之前進(jìn)行，測(cè)試的電流范圍可以根據(jù)機(jī)器人焊接過(guò)程實(shí)際需求的電流值，一般情況為（100～420）A開(kāi)展，得出焊接電流調(diào)整值，運(yùn)用電流調(diào)整軟件（廠家提供）計(jì)算出相應(yīng)的參數(shù)及調(diào)整曲線，輸入示教器建立新的參數(shù)庫(kù)。

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

4.2.2 跟蹤偏置調(diào)整

焊縫跟蹤偏置調(diào)整是調(diào)整跟蹤精度的一個(gè)參數(shù)，對(duì)電弧傳感的位置偏移檢測(cè)精度時(shí)設(shè)定的命令。在進(jìn)行跟蹤偏置調(diào)整時(shí)，并非偏置參數(shù)越大越好，因?yàn)閰?shù)大精度高，相應(yīng)的會(huì)出現(xiàn)焊縫蛇形問(wèn)題，因此偏置值需要根據(jù)具體情況設(shè)定，并且經(jīng)過(guò)多次調(diào)整試驗(yàn)后確定最佳值，不可太大也不可太小。

4.2.3 干伸長(zhǎng)度調(diào)整參數(shù)

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

4.2.4 其他參數(shù)調(diào)整

其實(shí)在焊接過(guò)程任何不合理的設(shè)定焊接參數(shù)都有可能會(huì)影響到電弧跟蹤精度，如焊接電流/電壓，焊接電流、電壓過(guò)高的話，會(huì)有電弧傳感誤動(dòng)作的情況。相反，過(guò)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(shè)置焊接電流電壓。另外是焊接速度/擺動(dòng)次數(shù)，電弧傳感的追蹤范圍是，焊接速度越快、擺動(dòng)次數(shù)越少越狹窄，而焊接速度越慢擺動(dòng)次數(shù)越多越寬。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上改進(jìn)方法，弧焊機(jī)器人電弧跟蹤精度得到明顯提升，避免出現(xiàn)跟蹤不良導(dǎo)致焊接質(zhì)量問(wèn)題，提高了生產(chǎn)效率，提升了我公司生產(chǎn)工程機(jī)械的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉文武.焊接機(jī)器人在工程機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?010（23）：276-277.

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