焊接機械手臂的控制 | 焊接自動化 | 焊接革命 | KEYENCE 台灣基恩斯

焊接機械手臂的控制

在此解說焊接機械手臂的「藉由示教實現的機械手臂控制」、「藉由感測器實現的機械手臂控制」等焊接機械手臂控制相關的內容。

藉由示教實現的機械手臂控制

教機械手臂焊接動作的作業稱為「示教」,是導入機械手臂時必不可少的製程。示教分為「線上示教」和「離線示教」,前者即開動機械手臂,使機械手臂記住動作,後者則是使機械手臂記住CAD等生成的3D資料以及編程了動作的資料等。
示教是決定機械手臂動作的重要製程,同時也需要大量工時。因此相對工時較少的線上示教逐漸成為主流。

線上示教中,實際開動機械手臂實施焊接,並使用感測器檢測動作。作為程式儲存起來,再透過播放儲存的動作(示教回放),實現由機械手臂實施焊接。
另外,在機械手臂焊接製程中,使用非接觸式感測器作為機械手臂的眼睛,透過實施「焊接線仿形控制」和「坡口形狀量測」,可以實現更高精度的自動焊接。

藉由感測器實現的機械手臂控制

藉由接觸式感測器實現的控制

這種方法使用電極或焊槍前端安裝的探針或焊絲,接觸生產線上運送過來的母材,從而檢測焊接位置。接觸式感測器分為「接觸式探針感測器」和「焊絲接觸感測器」。
接觸式探針感測器,透過讓與焊槍一體式動作的探針接觸坡口,探針跟蹤焊接線來檢測焊接位置。

焊絲接觸感測器是在作為填料材的焊絲中通過微弱的電流並與母材接觸,類似拄拐杖的感覺檢測出相互的位置(例:焊接開始位置、結束位置、焊接接頭的位置等)。缺點是如果坡口角度或坡口開口寬度存在偏差,由於反覆以點進行接觸並感應,檢測時可能花費較長時間。

使用接觸式感測器(焊絲接觸感測器)的檢測範例

棒形感應
棒形感應
間隙感應
間隙感應
坡口開口寬度不同時感應的範例
坡口開口寬度不同時感應的範例

藉由非接觸式感測器實現的控制

機械手臂焊接的非接觸式感測器主要使用「電弧感測器」和「雷射位移計」。

「電弧感測器」用於在消耗電極式電弧焊中,在坡口內擺動的同時焊接時的焊接電流或是電弧電壓變化相應的焊槍位置控制等。價格相對較低,但依據工件的材料,存在不支援仿形控制的情況。並且一般不支援坡口形狀檢測等用途。

另一方面,「雷射位移計」是利用雷射光和光感測器的位移計,與其他感測器相比,可以高速檢測和輸出更多資訊。由於其具備快速的焊接線仿形控制、可以量測坡口形狀並即時反饋,能夠提高自動焊接精度、實現製程節拍提速的優點,使用案例在不斷增加。

雷射的照射方法分為,晃動單點雷射光進行照射的方式,以及大範圍照射帶狀狹縫光的方式。例如使用雷射焊接緊密接合多種材料形成沖壓材料的「雷射縫合鋼片焊接」工藝中,透過使用照射狹縫光的雷射位移計,可以快速且高精度地實現焊接線的檢測和控制。
並且,如果是使用藍光雷射光的位移計,還可檢測剛焊接完時因熱而帶紅色的熔融池形狀,可藉由對焊接量相關的熔接電源電壓、電流、熔焊速度等進行即時優化,提高自動焊接的品質。

透過使用大範圍的雷射光,1個感測頭即可高速量測和輸出坡口的形狀、位置、角度
使用高速輪廓感測器「LJ-X8000系列」進行坡口控制的範例

使用高速輪廓感測器「LJ-X8000系列」進行坡口控制的範例

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