Сварочные роботы: сканирование соединений


Применение сварочных роботов позволяет сократить время выполнения заказов и повысить качество и воспроизводимость соединений. Однако это возможно только при условии абсолютно идентичных сварных соединений. К сожалению, из-за несовершенства инструментов и некачественной подготовки деталей реальные соединения часто отличаются от заданной программы. Чтобы решить эту проблему и расширить возможности автоматической сварки, сегодня стали доступны такие технологии, как TAST, контактное опознавание, двухмерное, трехмерное и лазерное сканирование.


Контактное опознание

Это недорогая программная система тактильного определения положения соединения. Она основана на использовании сварочного электрода, проволоки или сопла в качестве датчика для замыкания электрического контакта с деталью. Робот сохраняет пространственные данные о соединении и автоматически вносит поправки в путь следования дуги еще до ее поджига. Тактильное сканирование позволяет вносить поправки в одном, двух или трех измерениях.
Недостатком контактного опознавания является увеличение длительности цикла из-за процедуры сканирования. Обычно задержка составляет 3-5 секунд на каждое соединение. Кроме того, для эффективного контактного распознавания деталь должна иметь ярко выраженные края, которые смог бы найти датчик.


Сварочные роботы: сканирование соединений                 Сварочные роботы: сканирование соединений

 

TAST
TAST (Through Arc Seam Tracking, сканирование соединения через дугу) — это еще один сравнительно недорогой метод программного определения положения шва. Здесь для определения вертикального положения горелки используются данные о величине сварочного тока. По мере возрастания расстояния между контактным наконечником и рабочим изделием сила тока падает, уменьшения — возрастает. На основе этой информации TAST корректирует вертикальное положение горелки, чтобы постоянно поддерживать одинаковый вылет проволоки. Аналогичным образом TAST использует информацию о силе сварочного тока, чтобы определить боковое положение горелки в соединении в ходе поперечных колебаний манипулятора робота. В центре соединения сила тока минимальна. По мере приближения горелки к крайним положениям колебаний сила тока достигает пика. Если пиковое значение тока в крайних положениях возрастает, это говорит об отклонении горелки от сварного соединения и необходимости внести поправки.

Хотя TAST представляет собой недорогое решение для работы с некачественно подготовленными соединениями, настройка необходимых для ее работы переменных требует много времени и хорошего понимания процесса сварки. Кроме того, TAST нельзя использовать для сварки алюминия, так как изменение тока в ходе колебаний будет недостаточно выраженным для надежного отслеживания соединения. Кроме того, после внедрения системы процесс сварки должен оставаться достаточно стабильным, чтобы роботу не поступали сильно варьирующиеся данные о силе тока. TAST лучше всего подходит для сварки материалов толщиной более 2 мм со скоростью 89-127 см/мин.


Сварочные роботы: сканирование соединений 


 

Системы 2D и 3D сканирования
Системы 2D-сканирования, например, Robot Vision® (iRVision®) от интегратора Fanuc Robotics, Inc.®, служат в тех же целях, что и системы тактильного обнаружения — для сокращения длительности цикла и повышения качества продукции. iRVision® служит для отслеживания положения соединения, внесения поправок в программу робота и предотвращения ошибок во время сварки. Для этого оператор должен откалибровать камеру для каждой детали или типа соединения и «показать» роботу, как выглядит идеальная деталь. Это эталонное изображение сохраняется в память робота. После этого перед сваркой каждой последующей детали камера делает снимок соединения и робот сравнивает полученное изображение с эталоном. После этого робот рассчитывает необходимые поправки и выполняет сварку.


 

Сварочные роботы: сканирование соединений 


В то время как у контактных систем на выполнение этих расчетов уходит по 3-5 секунд на каждую деталь, у 2D-камеры на это уходит десятые доли секунды. Кроме того, 2D-камера позволяет работать с материалами тоньше 1 мм, так как для определения положения соединения роботу не нужно прикасаться к детали. Чтобы снизить вероятность ошибки, камера делает снимок для подтверждения правильности ориентации соединения и присутствия предохранительных устройств. Эта функция позволяет предотвратить ошибки или обнаружить их до выполнения следующей операции. Это избавляет от необходимости в дорогостоящих неконтактных датчиках и снижает риск повреждения инструментов или деталей робота.

Для 2D-сканирования крайне важно освещение. Посторонние источники освещения, в том числе солнечный свет, потолочное освещение или другие сварочные дуги, могут вызывать искажения и снизить точность сопоставления изображений. Этот недостаток систем 2D-видеонаблюдения также может затруднять работу с блестящими материалами, например, алюминием. Кроме того, камера может оказаться повреждена из-за близкорасположенной сварочной дуги. Если камера установлена на самой горелке, ее оптика должна быть защищена от высокой температуры и брызг металла. В 3D-системах используется тот же принцип, но с добавлением лазера. В то время как системы 2D отслеживают только перемещение деталей по координатам X и Y и их вращение, 3D также позволяет отслеживать изменения по высоте и вращение вокруг поперечной и продольной осей.


Лазерное сканирование
Лазерное сканирование позволяет в реальном времени отслеживать положение соединений при толщине материала менее 1 мм или ширине зазора менее 1 мм. Лазерный сенсор устанавливается на манипуляторе робота примерно в 3 сантиметрах перед сварочной горелкой. Диод направляет на деталь лазерный луч, а камера анализирует форму соединения на основе искажений этого луча. После этого программное обеспечение камеры отправляет роботу информацию о зазоре и отклонениях подгонки. Эти данные позволяют роботу скорректировать положение горелки, скорость сварки, амплитуду поперечных колебаний, напряжение и силу сварочного тока или другие параметры сварки. Лазерные системы никак не сказываются на скорости сварки, поэтому вы сможете достигнуть скорости до 250 см/мин. Так как в лазере используется только одна длина волны, он не подвержен помехам от посторонних источников освещения. Специальные алгоритмы ПО позволяют убрать шум и использовать лазер для сканирования даже таких блестящих поверхностей, как алюминий и нержавеющая сталь Кроме того, камера оказывается защищена от брызг, дымов и высокой температуры за счет установки в 3 сантиметрах от горелки. Переход с аналоговой на цифровую технологию заметно расширил возможности лазерного отслеживания. В частности, это позволило увеличить угол обзора и сделать сигнал более четким. По сравнению с аналоговыми моделями, цифровые датчики примерно в 4 раза точнее и имеют более высокую скорость сканирования. Одним из основных недостатков лазерных систем является их стоимость — от 50 000 долларов и выше. Кроме того, из-за установки датчика на горелку в некоторых случаях он может ограничивать зону доступа манипулятора.


Сварочные роботы: сканирование соединений 

 

Заключение
Вы можете увеличить качество и воспроизводимость работы любого сварочного робота за счет таких систем как, TAST, контактное опознание, 2D- или лазерного сканирования. На Рисунке 1 сравниваются возможности всех вышеперечисленных технологий. Также Вы можете обратиться за более подробной информацией к специалистам Подразделения автоматизации Линкольн Электрик. Все эти технологии имеют свои преимущества и недостатки, и лишь тщательной анализ в индивидуальном порядке позволит точно определить, какая система принесет больше всего пользы в отношении производительности и качества продукции.



Рисунок 1: Возможности систем автоматической сварки

Сварочные роботы: сканирование соединений