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摘要：在弧焊机器人发展过程中，传感系统起到了非常关键的作用，提高了机器人对工作环境的适应性，在中厚板焊接中，多数采用了电弧传感跟踪系统，通过电流或电压的变化，计算出电弧与焊缝之间的位置偏差，并及时进行调整，保证焊枪能够按照实际焊缝位置进行焊接，保证了焊接质量。
关键词：弧焊机器人；电弧传感；传感灵敏度
自1959年世界上第一台工业机器人发明以来，工业机器人经历了50余载的发展，机器人的结构、驱动、坐标系、控制系统、跟踪等技术发展得越来越完善，工业机器人应用的领域，从最初的汽车行业发展到包括汽车、电子、化工、医疗、工业制造等在内的多个行业发挥着不可替代的作用。
1974年日本川崎公司研制开发了首台弧焊机器人，弧焊机器人对应用环境的适应性，还体现在通过传感系统的反馈对焊接轨迹、焊枪姿态、焊接参数进行实时调整方面。常用的传感系统有电弧传感、激光传感、视觉传感等，在中厚板焊接方面，电弧传感具有不可替代的作用。
在机器人弧焊作业中，由于工装误差、焊接热变形、工件尺寸误差等实际焊接条件的变化，按照原有轨迹运动的焊枪不再能够保证对焊缝的准确对中，这样就导致焊接质量下降，甚至无法维持正常的焊接过程。通过电弧传感方式，可实现焊缝的自动跟踪，增强弧焊机器人的环境适应能力。
1 电弧传感跟踪原理
焊枪的导电嘴和焊缝之间相对运动时，会引起弧长的变化，由于焊接电源的调节作用，焊接电流或者电弧电压也会发生变化，通过实时采集电流或电压值，可以检测出焊缝的中心位置，并计算出电弧和焊缝之间的位置偏差。如图1-1所示，在稳定的焊接状态下，电弧工作点A0，弧长l0，焊丝伸出长度L1，电流I0，当焊枪与工件表面距离H0发生阶跃变化增大到H1时，弧长突然被拉长到l1，此时焊丝伸出长度L1来不及变化，电弧随机在新的工作点A1处燃烧，电流突变为I1。当电弧沿着焊缝的垂直方向扫描，焊接电流将随着扫描引起的焊枪高度的变化而变化，而送丝系统的送丝速度保持不变，则此时的焊丝熔化速度小于送丝速度，使得焊丝伸出长度渐渐变长，此时的电弧弧长逐渐变短，最后电弧稳定在一个新的工作点A2，弧长l2，焊丝伸出长度L2，电流I2，结果焊丝伸出长度和弧长都比原来增加。同样，H1发生阶跃变化减小到H0时，电弧工作点将有A2跳到A3，此时焊丝伸出长度L2来不及变化，弧长减小到l3，电流突变为I3。经过一定时间，弧长自动调整后，电弧工作点又由A3回到A0。在上述变化中有两个状态变化过程即调节过程的动态和静态变化。动态变化的原因是焊丝熔化速度受到限制，不能随焊枪高度而突变；静态变化的原因是由于电弧的自调节特性。
由以上分析，当电话沿着焊缝的垂直方向扫描，焊接电流将随着扫描引起的焊炬高度变化而变化，从而获得焊缝坡口信息，达到传感的目的。根据在跟踪过程中所依据的对象不同，可分为电弧电压传感和焊接电流传感。
4 电弧传感跟踪应用
4.1影响因素
在弧焊机器人焊接过程中，电弧传感跟踪效果直接决定了工件的焊接质量，还有可能导致工件直接报废，产生不可估量的严重后果。影响电弧传感跟踪效果的因素有以下几个方面：
4.1.1 起始点的几何形状
起始点的几何形状指起始点和2个摆动点形成的三角型与焊接坡口形式的一致性，一致性越好，电弧跟踪效果越好。
4.1.2 传感灵敏度
电弧传感灵敏度可以根据需要进行调整，灵敏度调整依据焊接电流、焊接电压、摆动频率、焊接速度等焊接工艺参数，合适的灵敏度才能够保证电弧传感跟踪的效果。
4.1.3 焊接功率；
焊接功率包括焊接电流和焊接电压，通过功率的变化来调节合适的灵敏度，保证跟踪效果良好。
4.1.4摆动频率；
摆动频率属于焊接工艺参数，通过摆动频率的变化来调节合适的灵敏度，保证跟踪效果良好。
4.1.5焊接速度；
焊接速度属于焊接工艺参数，通过摆动频率的变化来调节合适的灵敏度，保证跟踪效果良好。
4.1.6工件状况；
工件状况主要是指工件的尺寸精度，包括外观尺寸、坡口尺寸，工件状况太差，容易导致电弧传感跟踪不稳定。
4.2 焊接工艺参数调试
弧焊机器人焊接程序编制之前，需要制定合理的焊接工艺参数，根据工件的坡口形式，制作相同坡口形式的工作试件，一个工件有多种坡口形式时，需要制作多个工作试件，多个工件分别单独调试焊接工艺参数，通过焊接工作试件，制定出合理的焊接工艺参数，保证工作试件的焊接质量满足工件焊接质量要求。
4.3传感灵敏度调整
在焊接工艺参数确定的条件下，依据焊接工艺参数来调整电弧传感灵敏度，调整电弧传感灵敏度，同样采用工作试件，多种坡口形式采用多个工作试件分别调试。如图4-1所示，以T型角接头为例，工作试件放置在位置1，采用弧焊机器人编制焊接程序，然后，将工作试件放置在位置2，由于位置1和2的焊接起始点相同，可以将焊枪放置在焊接起始点的位置，便于调整工作试件到位置2，依据经验，采用不同的灵敏度进行焊接，当焊枪能够按照实际焊接位置进行焊接，且焊缝质量良好，说明该灵敏度数值是当前焊接工艺参数匹配的传感灵敏度。
图4-1 调整传感灵敏度
4.4 编程应用
弧焊机器人焊接程序编制时，首先编制空间轨迹点，将焊枪移动至工件附近；然后编制空间轨迹点，进行传感定位，确定工件和焊缝位置；再编制焊接轨迹点，确定焊枪角度，同时调用已调整完成的焊接工艺参数和传感灵敏度；最后编制空间轨迹点，将焊枪移动至安全区域等待。
采用以上焊接程序进行工件焊接时，能够得到良好的工件的焊接质量。
5结论
通过大量弧焊机器人焊接生产应用实践，在工装存在误差、工件焊接热变形、工件尺寸误差等实际焊接条件变化的条件下，采用电弧传感跟踪，能够实现焊缝的自动跟踪，从而有效保证了焊接质量。
参考文献：
[1]吴林.焊接机器人实用手册.机械工业出版社，2014.
论文作者:金海军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：电弧论文; 工件论文; 灵敏度论文; 焊枪论文; 电流论文; 焊丝论文; 工作论文; 《基层建设》2017年第30期论文;