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當焊接公差成為一場地獄之旅

　　品質不良的工件、夾治具的問題、焊接中的熱變形……在焊接自動化中，要達到要求的公差往往是一大挑戰。你也常聽到這類的問題嗎?​

　　對於智傑公司來說，手工焊接能夠透過技術熟練的焊接師傅來彌補不規則性，但當進入自動化焊接和機器人焊接領域時，情況就變得不一樣了。在這裡，問題有不同的解決方法。從「我只需在過程中添加擺動焊接，就能降低假焊的狀況」到「完全依賴光學焊縫追蹤，因為我們實在無法承擔昂貴的返工或報廢品」。​

　　智傑公司將介紹幾種不同的方法，幫助您了解如何在自動化焊接和機器人焊接過程中克服焊接公差的挑戰。您可能會感到驚訝，某些看似低成本的解決方案，從長遠來看卻可能變成一個金錢黑洞。相對地，初期看似具有挑戰性的投資，實際上可以在使用過程中節省時間和金錢。

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在焊接之前發現

　　在機器人進行焊接之前，它必須知道焊縫的位置。當然，您的程式已經告訴給焊接機器人。然而實際上，每次的位置並不完全相同。因此，挑戰在於儘管實際焊縫位置、焊縫大小等不同，但仍能實現良好的焊接品質。如果超過焊接公差，焊接就有缺陷，必須返工甚至報廢。

有3種方法可以補償上述偏差：

  1. 焊接程序管理

  2. 尋找焊縫

  3. 焊縫跟蹤

 

最常用：焊接流程管理​

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傳統的焊接程序管理涉及嘗試在最小化工作量的同時獲得令人滿意的焊接品質的方法。以下這些都是：

  1. 使用擺動焊接讓焊道變寬確保實際焊縫被焊接

  2. 盡力確保工件在先前的製程步驟中得到更好的公差精度—這是最難做到的

  3. 使用更複雜的夾具

  4. 可能改變焊接順序，以盡可能減少熱變形

  5. 更精確地對機器人進行編程——隨著工件不同，這是一場不斷變化的戰鬥，需要不斷修改機器人程式

 

優勢：​

幾乎沒有任何前期投資。唯一例外的是更多的夾具，通常更昂貴，或對機器人操作者的更多薪資。

​

缺點：​

他們花費時間，​

  • 如果使用了太多的擺動焊接填充材料並引入了能量——並且可能需要稍後返工

  • 在重新編程的情況下，因為必須經常調整焊接路徑位置以符合變化的零件。這也需要更多技術精湛的員工

  • 因為有缺陷的組件已經生產出來，而重新編程是反應性的

 

他們隱藏著隱性成本，​

  • 如果生產不良的部件必須返工

  • 因為焊絲使用的材料越多也意味著焊接速度越慢，保護氣體的消耗量越大

 

它們使品質保證變得更加困難，​

  • 因為太多生產不良的零件必須重做和重新檢查

​

耗時：接縫搜索​

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尋找焊縫以補償焊接公差的方法有兩種：觸覺（例如，透過碰觸焊線或火口）或光學。

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透過觸覺尋找焊縫，機器人必須先偵測焊接開始的位置。為此，它會接近組件，直到與焊線或火口碰觸。

優勢：

  • 您需要的一切通常已經包含在系統中

  • 無額外費用

缺點：

  • 待焊接的工件不能太小

  • 適用於短焊道

  • 需要尋找時間

  • 需要對焊接機器人加入編程

 

光學接縫搜尋又有 3 種不同的方法：​

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1. 附雷射點感測器

雷射點以直角在元件表面上行進，並在不接觸元件的情況下進行掃描。機器人接收焊接過程必須開始的訊息。

優點：

  • 比觸覺接縫追蹤更快，但仍然很慢

  • 與三角測量相比，通常具有成本效益的替代方案

  • 適用於短焊縫和長焊縫

缺點：

  • 需要清晰的焊接特徵來識別接頭

  • 感測器系統及其安裝的投資成本​

 

2. 有雷射線感測器 （雷射三角測量）

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該技術還透過雷射三角測量進行非接觸式距離測量。為此，半導體雷射二極體將雷射線投射到感測器頭正下方的工件上。感測器頭配備有攝影機，可以記錄工件反射的形狀，並可以用它來測量接頭的位置。​

優點：​

  • 系統速度非常快，不到 1 秒即可測量側面和高度

  • 非常靈活的系統，可用於多種接縫類型 - 特別適合短接縫，例如點焊

  • 非接觸式檢測

缺點：

​與上述感測器系統及其安裝的其他發現技術相比，資本成本更高

 

3.帶攝影機​

相機使用演算法根據接頭與周圍材料之間的亮度差異來識別接頭的位置。該原理在電弧點火之前起作用，但很容易因照明或表面光潔度或材料的變化而擾亂。這種方法不適合焊接過程中的焊接跟踪，因為焊接燈是主要的干擾因素。

​優點：​

  • 快速測量接頭的側面

  • 適用於短接縫和長接縫

缺點：​

  • 需要對比才能辨識關節和特徵

  • 對部件的表面光潔度非常敏感

  • 對光學幹擾（日光、室內照明等）非常敏感

  • 感測器系統及其安裝投資成本高

 

高效率：焊縫跟蹤

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保持焊接公差的最有效方法是焊縫跟蹤。可靠，可節省返工成本。有觸覺和光學焊縫追蹤。

觸覺接縫追蹤有兩種方法：

​

1. 使用焊絲觸摸感應找到接縫，然後透過在焊接過程中焊槍擺動時測量電阻，使用電弧進行追蹤。

優點：​

  • 該系統已包含此類焊接追蹤所需的一切。因此無需額外投資

  • 適用於長焊縫和跟踪

缺點：​

  • 整體時間較長

  • 工件必須更厚

  • 您必須擺動才能跟蹤，因此焊接速度實際較慢

 

2. 使用導引測量是補償焊接公差的傳統方法。將導引工具放入待焊接的焊道中，焊槍緊跟在後。此系統不適用於焊接機器人，只能用於自動焊接機。

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優點：

  • 程序相對便宜

  • 易於操作

缺點：

  • 測量不準確

  • 無法進行自適應焊接

  • 僅限機器焊接 – 不適用於機器人焊接

光學焊縫追蹤還有兩種實用方法：

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1. 雷射三角測量－最靈活、最通用的焊接公差補償技術。與基於攝影機的系統相比，該技術非常穩健，並且不易受到環境照明變化和材料表面變化等外部因素的影響。這是尋找和焊接接頭最快的方法。

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優點：

  • 全流程速度下的快速焊縫搜尋和焊接

  • 焊縫幾何形狀的測量可以實現自適應控制和優化焊接

  • 適用於多種焊縫類型、長焊縫以及跟踪

缺點：

  • 資金成本高

  • 需要具有連接機器人控制器或 PLC 的經驗

 

2. 基於攝影機的光學焊接追蹤－一種具有特殊攝影機的技術，可連續監控焊接過程。該系統的靈活性不如雷射三角測量，因此必須非常精確地適應特定應用，以便能夠測量和校正焊接公差。

優點：

  • 快速流程

  • 適合焊接長焊縫，也適合追蹤

缺點：

  • 技術昂貴，僅適用於少數應用

  • 正確解釋焊接圖像以測量焊接位置是一項巨大的挑戰

  • 非常適合特定應用

 

結論

只有一種技術足夠靈活，可用於各種應用：使用雷射三角測量的光學焊接追蹤。它是唯一能夠識別部件動態變形（例如由製程熱量引起的變形）並即時補償焊接公差的方法。

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使用BINZEL的iST ARC感測器進行光學焊接跟踪，即時糾正焊接路徑。它們可以識別並追蹤間隙寬度為 0.1 毫米的工件接縫。

當然，沒有針對「單一」接縫追蹤的解決方案。每個應用程式都是單獨的。如果您正在尋找一種能夠提供速度、穩健性和靈活性的最佳組合的方法，那麼採用雷射三角測量的光學焊接追蹤是您的最佳選擇。

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