機器人電弧焊的主要工藝問題之一是零件制造時需要保持一致性。僅當每個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，才能實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。焊縫的移動可能是由于固定不良或金屬成型過程中的變化而導致的。標準的自動電弧焊系統(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，則必須使用一種獨立的方法來找到焊縫的位置，以向機器人控制器提供調(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)勢和局限性。如果傳感器可以識別并使用關(guān)節(jié)的特征，則它只能跟蹤關(guān)節(jié)的位置。本文將概述當今使用的四種常見的機器人電弧焊傳感器工藝。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。
對于氣體金屬電弧焊（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量由電弧長度變化引起的焊接電流變化。例如，通過使用電弧長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器人的編織功能確定的。當割炬在接縫上編織時，焊接電流反饋將振蕩。當前反饋信號中的谷表明割炬正穿過接縫，而信號中的峰值代表割炬位于編織周期的任一邊緣。峰值電流信號值的變化向機器人指示割炬遠離關(guān)節(jié)及其位置的糾正。
由于焊接電弧的劇烈特性，焊接電流反饋信號包含大量噪聲。這種噪聲可能會在機器人解釋反饋信號方面造成麻煩，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)化各種應用程序的跟蹤性能。這使得TAST在集成期間相對難以為運營商編程。很好地理解這些變量如何影響TAST流程將使用戶可以優(yōu)化每個應用程序的設(shè)置。幫助用戶確定TAST參數(shù)設(shè)置的實用程序可以創(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影響到機器人的反饋。這些變化的原因可能與接觸尖端的磨損一樣小，也可能與焊接進度的變化一樣重要。機器人僅會知道焊接電流反饋已更改，并嘗試通過調(diào)整焊槍位置進行補償。
TAST是一種跟蹤焊接接頭的廉價方法。唯一的硬件要求是焊接電流傳感器。機器人還必須具有可以解釋當前反饋以修改割炬位置的軟件。
使用氣體鎢極電弧焊（GTAW）時，可以使用TAST中使用的相同感應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。焊接電壓與電弧長度成正比關(guān)系。機器人以與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)置和維護可能相對復雜。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)置取決于各個焊接參數(shù)，因此在制定AVC設(shè)置之前必須進行良好的焊接。 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。
當材料或工藝條件創(chuàng)建的應用程序?qū)τ陔娀鞲衅鞲櫧宇^不可行時，可以向機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。對于鈑金應用，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接頭。傳感器內(nèi)部的攝像機監(jiān)視激光以確定焊接接頭的位置。然后將關(guān)節(jié)信息傳遞給機器人，該機器人對割炬的位置進行任何調(diào)整。國內(nèi)激光傳感器市場品牌主要有國產(chǎn)的創(chuàng)想和進口的賽融、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，機器人可以自適應地修改焊接參數(shù)，以匹配變化條件的最佳設(shè)置。
激光傳感器創(chuàng)建了一個相對復雜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可能會受到惡劣生產(chǎn)環(huán)境的日常嚴酷影響。由于傳感器包裝盒已固定在焊炬上，因此可能會成為阻礙焊炬接近某些接頭的障礙物。傳感器包裝相對脆弱，程序員必須謹慎創(chuàng)建程序，同時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械旋轉(zhuǎn)器，該旋轉(zhuǎn)器使傳感器圍繞割炬轉(zhuǎn)動，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雜性，但它會增加已經(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，應進行一項研究，該研究表明激光傳感器將顯著降低焊接維修成本。
調(diào)整機器人在焊縫中移動的路徑的另一種方法稱為觸摸感應。觸摸感應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)整整個焊接路徑。機器人通過使用焊接電極或單獨的指針與零件電接觸。搜索模式由機器人執(zhí)行，因此它可以接觸零件，直到找出接縫已移動和旋轉(zhuǎn)多達三維的距離。然后可以將偏移量應用于該接縫上的每個焊縫。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。
使用觸摸感應必須滿足的要求非常簡單。大多數(shù)機器人焊接電源都包含一個可用于觸摸感應技術(shù)的電路，并將其保持為一種非常低成本的方法。最大的缺點是機器人增加了執(zhí)行搜索例程的周期時間。焊接接頭還必須具有傳感器可以找到的邊緣。對于搭接，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器人控制器上的其他選項得到增強。帶有輔助伺服工作臺的協(xié)調(diào)運動為零件編程和設(shè)計提供了更多的靈活性。對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。對于每個附加行程，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器人應用程序所需的條件，以實現(xiàn)最大的生產(chǎn)率。
