提高弧焊机器人跟踪精度的技术研究

李志辉+袁世国+蒋艺飞+余绪坚

【摘 要】弧焊机器人的主要工艺问题之一是需要保证零件焊接的一致性。 当焊缝接头位置因各种原因发生变化时，需要借助传感器帮助弧焊机器人确定焊缝接头位置。论文重点介绍了提升弧焊机器人跟踪精度的方法，即增加电弧跟踪，使用焊接过程“壁方向指定”功能，对系统电流参数进行调整，提高拼搭质量，合理增加传感命令，增加“传感纠正”命令等，从而提升弧焊机器人的跟踪精度及焊接质量。

【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 .

【关键词】弧焊机器人；电弧跟踪；精度；技术研究

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

【中图分类号】TP242；TG409 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0182-02

1 引言

弧焊机器人设备具有焊接质量稳定、焊接效率高、可持续作业等特点，近几年发展迅速，已广泛运用于桥梁、建筑钢结构、工程机械、造船等领域。

工程机械构件结构复杂，体型庞大，对焊接要求比较高，用焊接机器人编程时难度较大，在机器人焊接过程中容易出现跟踪精度低下的现象，从而出现焊缝焊偏的质量缺陷，需要进行人工返工返修，这样不仅降低了生产效率，同时也严重影响了部件的焊接质量，因此应尽量避免焊接机器人出现焊偏的问题，这就需要我们进一步研究影响弧焊机器人跟踪精度的控制因素，并制定措施进行改进[1]。

各种焊接缺陷中，焊偏缺陷返修难度大，时间长，而焊偏问题与机器人跟踪精度有密切的关系，下文将重点分析跟踪精度偏低产生的原因，并提出提升弧焊机器人跟踪精度的对策。

2 中厚板焊接机器人系统

目前我公司采用的焊接机器人系统为神户集团的电弧焊接机器人“ARCMAN系列”。机器人由本体、变位机、移动装置、焊接装置、控制系统组成。

3 弧焊机器人跟踪系统介绍

在焊接过程焊枪会发生摆动，摆到两侧时由于干伸长变短导致电流增加，摆到中心时由于干伸长变长导致电流减小，电弧传感器就是利用这个原理实现电弧跟踪的。如果焊炬以焊缝为中心摆动，则摆到两侧时的干伸长是对称的，电流波形也是对称的，如果焊炬偏到某一侧，则该侧的干伸长变短电流较大，另外一侧的干伸长变长电流较小，两边电流波形不对称，系统据此可判断出焊炬已经偏离焊缝中，然后再据此调节焊炬位置使焊炬回到焊缝中心位置。

4 提高电弧跟踪精度措施

电弧跟踪与编程质量、保护气体种类、焊丝种类、焊丝直径、焊丝伸出长度、焊接電源种类、坡口形式、母材材质、各种焊接条件、机器人命令选择等有密切的关系，因此只要上述一个条件改变，都会造成电弧跟踪性能变化。因此，必须进行适当调整，通过稳定的焊接条件保证电弧的跟踪精度。

4.1 焊接程序命令选择

弧焊机器人编程过程，需要添加合适的编程命令以提高电弧跟踪精度。

4.1.1 电弧传感命令

电弧传感功能是在焊接中自动检测焊接线的位置，追踪位置偏移的功能，在电弧传感中有焊接线跟踪和坡口幅度跟踪，因此增加电弧传感功能，可以在很大程度上保证电弧跟踪的准确性。

为了使电弧传感功能起作用，必须设定自动条件命令或者数据库的呼出命令。电弧传感功能在设定自动条件命令或者数据库呼出命令时，通过选择“电弧传感 有效”变为有效。

在程序中增加“电弧传感命令”，这种功能是在焊接中自动检测焊接线位置，追踪位置偏移的功能，主要分为左右方向跟踪和上下方向跟踪[2]。

但是，通过呼出数据库或者自动条件命令进行个别设定的时候，必须设定摆动条件。

4.1.2 传感纠正量的反映功能

传感纠正量的反映功能，是通过取得已经存的传感功能检测到的位置偏移纠正量，将此纠正量在任意的步骤反映的功能。其可以取得3方向传感、焊接长传感、圆弧传感、开始点传感（包含多点/间隙/焊丝探测的各传感）的传感纠正量。可以取得的传感纠正量，仅为机器人前端的XYZ成分，不包括焊枪姿势。

特别是对于不规则水平角焊且焊接精度要求高的情况下，虽然在开始点增加了“三方向传感”甚至“焊接接触传感”命令确定了焊缝中心位置，但是在焊接过程由于物料的尺寸偏差、焊接变形及本身拼搭差异导致在焊接中途出现跟踪不良问题，此时需要在焊缝多点处增加“传感纠正量取得命令”。

4.2 焊接参数调整

4.2.1 电流调整

弧焊机器人系统内设置的参数只针对目前所采用的焊接工艺，一旦焊接工艺改变就需要重新计算焊接电流参数，使其与目前的焊接条件相匹配，否则在焊接过程就容易出现跟踪精度偏低以及焊接参数示教设定与实际显示不一样的问题。

电流调整过程需要在焊接工艺更改之后批量生产之前进行，测试的电流范围可以根据机器人焊接过程实际需求的电流值，一般情况为（100～420）A开展，得出焊接电流调整值，运用电流调整软件（厂家提供）计算出相应的参数及调整曲线，输入示教器建立新的参数库。

电流调整在很多情况下并非一次就能调整成功，需要多次调整后跟踪效果，直到参数稳定为止。

4.2.2 跟踪偏置调整

焊缝跟踪偏置调整是调整跟踪精度的一个参数，对电弧传感的位置偏移检测精度时设定的命令。在进行跟踪偏置调整时，并非偏置参数越大越好，因为参数大精度高，相应的会出现焊缝蛇形问题，因此偏置值需要根据具体情况设定，并且经过多次调整试验后确定最佳值，不可太大也不可太小。

4.2.3 干伸长度调整参数

观察机器人焊接过程，保证干伸长度为（22～25）mm。焊接机器人都有电弧上下方向跟踪，如果开启电弧跟踪功能仍不能满足干伸长度要求时，就需要重新对其做电流调整或者更改焊接机器人干伸长度调整参数。

4.2.4 其他参数调整

其实在焊接过程任何不合理的设定焊接参数都有可能会影响到电弧跟踪精度，如焊接电流/电压，焊接电流、电压过高的话，会有电弧传感误动作的情况。相反，过低的话，电弧不稳定，具有焊縫蛇形的可能性，因此需要合理设置焊接电流电压。另外是焊接速度/摆动次数，电弧传感的追踪范围是，焊接速度越快、摆动次数越少越狭窄，而焊接速度越慢摆动次数越多越宽。

5 结语

通过以上改进方法，弧焊机器人电弧跟踪精度得到明显提升，避免出现跟踪不良导致焊接质量问题，提高了生产效率，提升了我公司生产工程机械的市场竞争力。

【参考文献】

【1】刘文武.焊接机器人在工程机械行业中的应用[J].科技致富向导，2010（23）：276-277.

【2】蒋艺飞.中厚板焊接机器人质量提升方法[J].装备制造技术杂志，2015，251（11）：144-147