自主焊接解决方案：专家比较和见解

GarLine 和 SharpTrack — 用于“自主焊接”的尖端焊缝跟踪解决方案

制造业变得越来越自动化，对易于使用的解决方案的要求也越来越高。在焊接领域，由于缺乏合格的焊接人员，自动化和机器人焊接解决方案的需求量很大，同时对于制造商和制造商来说变得更具成本效益。  许多现有的焊接解决方案可以被认为是“半自动化”的，但是此类解决方案需要操作员持续互动，需要较长的焊接设置时间，并且需要训练有素的操作员。完全自动化的机器人焊接可称为“自动焊接”。  然而，如果需要很少的操作员交互并且大大简化了设置任务，那么该解决方案可以称为“自主”。  但以最少的操作员活动来实现自主是很困难的。  机器人焊接解决方案需要改进流程，以实现真正的自主或无人驾驶，例如激光焊缝跟踪/寻找具有足够集成智能的传感器，以便在任何时间点执行最佳焊接策略。

可用于自动或半自动焊接的技术

在 2022 年 3 月 31 日 Motoman.com 网站上发布的一篇文章中，Joshua Leath 提供了有关自动化焊接的各种选项的指南。  他确定了五个一般类别：触摸传感、线传感、电弧传感、激光点传感和激光轮廓传感。  他还将自动化任务划分为焊缝查找和焊缝跟踪：

接缝查找与接缝跟踪

“寻找接缝和跟踪接缝有什么区别？”以及“我如何知道何时使用接缝查找和接缝跟踪？”这些是我们的机器人焊接专家经常被问到的常见问题。考虑到这一点，在决定如何进行机器人焊接过程时需要考虑以下几点：

接缝查找

为了让机器人在焊接开始前精确定位焊缝，建议使用高速焊缝或接头查找。工件不可避免地会存在一定范围的变化，但您的目标是最大限度地减少指定零件和夹具的变化，并在焊丝进入接缝的半宽度内。这个过程可以通过多种技术以多种方式完成，使机器人能够找到焊缝。一旦通过在零件上通常找到两个或更多已知点来发现接缝，机器人就会移动程序路径以完成焊接。所需的接缝类型由两个主要因素决定：预期周期时间和接头类型。找缝是最流行的焊接功能之一，通常通过以下接触式和非接触式选项来实现：

触摸感应  – 这种方法也称为“焊丝接触”，非常适合查找具有简单接头和几何形状的零件的方向，涉及从焊枪末端对焊丝进行物理接触，以检测待焊接零件的导电表面。机器人的缓慢速度和最终的触摸形成了一个通过电线馈送少量电压的电路。在某些情况下，这也可以通过割炬喷嘴来完成。通过专为自动化设计的焊接电源的内置功能，安川触摸感应套件等系统在低速搜索期间使用低压电路来确定焊接接头的最佳位置。

电线感应  – 与触摸感应类似，来自割炬的电线与零件进行触觉接触，此选项使用割炬中的伺服电机在机器人在零件上移动时快速上下移动电线。这样可以轻松定位搭接接头，并且可以测量材料高度和间隙等项目。

激光点传感  – 使用基本的激光点传感器（安装在焊枪上）比触摸感应速度快两到五倍，几乎与激光发射一样快地捕获零件的位置和方向，从而提供快速、准确的焊缝查找。

Fanuc 与 Garmo GarLine R 传感器集成

激光焊缝查找（搜索）  – 能够通过激光点传感器在单次扫描中获取更多特征，利用轮廓激光接口（软件选项）（例如安川的 MotoEye™ SF）可提供极快的接头测量。 FANUC America Corporation 提供类似的功能，称为 R901 SW 选项。该解决方案与使用 3D 多激光范围成像光学器件的传感设备配合良好，可在焊接开始之前向机器人提供所需的测量/接头间隙数据。

优点：

• 适用于所有照明下的不同材质
• 易于通过宏观作业进行教学
• 提供关节间隙数据
• 长焦距；远离圆弧安装
• 定位 2.5D；偏移和深度
• 紧凑且独立
• I/O 接口可以改装为旧控件

缺点：

• 中等到高度复杂性；建议进行视觉系统培训
• 可能限制对零件/工具的访问
• 40 或 50 毫米 FOV 可能需要多次搜索大偏移

接缝跟踪

该选项通常会简化编程，使用创新技术让机器人在焊接过程中实时跟踪焊接位置。焊缝跟踪适用于焊接零件或重型铸造零件时可能发生变形的应用，通常使用以下方法执行：

穿过弧线的焊缝跟踪  – 最适合具有长焊缝或弯曲焊缝的零件（因零件而异），贯穿电弧焊缝跟踪器（如安川的 ComArc LV（低电压））利用安装在焊接电源附近的固态传感器来主动测量焊接序列期间的电弧特性。这决定了机器人的示教路径与实际接缝路径之间的差异。

激光焊缝跟踪  – 建议用于需要尽可能最快循环时间的具有不同接缝的材料，该方法将高性能激光器与高速控制器相结合，在焊接零件时实时查找接缝和零件位置。这是加工车间环境中高混合、小批量零件生产的理想解决方案。该方法还比半自动或自动焊接方法需要更少的夹具。即使零件发生移动，专用程序也会补偿路径，并适应焊缝位置和变化的焊接参数。

优点：

• 可靠地跟踪薄规格搭接接头
• 支持高行驶速度 (>100 IPM)
• 可进行带跟踪的摆动运动
• 跟踪不受焊接设置影响
• 支持协调运动
• 提供以太网接口
• 针对焊接电弧进行硬化处理的相机
• 自适应焊接功能；速度和焊接设置

缺点：

• 复杂性高，有时（并非总是）成本较高
• 需要接受视觉系统培训
• 安装在割炬上的传感器限制关节进入狭小的空间
• 跟踪半径限制为 40-60 毫米
• L

• 仅限于一个系统上的两个机器人

使用 GarLine 焊缝跟踪和焊缝查找激光轮廓传感器的优势

从Leath先生的详细分析中我们可以看到，提供焊接自动化的方式有多种。  但许多技术都缺乏真正的自主性，即无人值守的操作、自适应控制和高度易用性。  Leath 先生提供的最后一个解决方案是激光轮廓焊缝跟踪/查找。  它提供了最高程度的自主性，因为它可以向前查看焊缝以定义进行焊接的机器人路径，并通过板载处理器（带有 GarLine）进行快速信号处理，并可以根据测量的宽度或深度对所需的焊接进行动态调整。

西班牙萨拉戈萨的 Garmo Instruments 开发了一系列激光轮廓焊缝传感器 #GarLine，该传感器具有坚固性、灵活性和适应性，适用于许多不同的焊接应用和各种材料。

以下是焊接自动化如何使制造商受益的总结：

改善工作条件

借助 GarLine 传感器，工人可以在更安全的环境中工作，避免传统的健康相关和人体工程学焊接风险，因为不再需要在焊缝附近工作。

小批量生产的快速转换

GarLine 传感器在个人计算机上或集成在机器人或协作机器人示教器上具有非常用户友好的菜单驱动设置，适用于各种品牌和型号，包括 Fanuc、ABB Robotics、#Universal Robotics (UR) 等。  这简化了操作员培训，并允许根据零件生产变化快速更改程序。  GarLine 是高混合和小批量加工车间的理想解决方案，并且凭借其广泛的菜单选项和固有的焊接适应性，也有利于各种零件尺寸和形状

丰富的产品质量

GarLine 的光学精度和自动校正以非常高的速率传送给机器人，因此，GarLine 焊接解决方案通过实现更高质量的焊接、更快的焊接、更低的不必要浪费百分比，从而使制造商受益，从而在更短的时间内提高成品率，避免再加工和生产损失。

提高生产力

“少即是多”概念的简单性是每个企业（包括焊接行业的制造商）的目标。在生产（包括机器设置和零件固定）上投入的时间越少，同时仍能获得高质量的结果，从而提高整体生产率 (OEE)。

GarLine C 用于 UR Cobot 设置和操作

GarLine 传感器的功能

强大的传感器

GarLine 超越了 IP67 绝缘等级，并在 -20 ℃ / 70 ℃ 工作范围内成功运行。其设计采用了航空航天用材料，可确保最佳的 EMI 绝缘，包括在 TIG 焊接工艺中。

智能电子产品

其电子设备由 4 个并行处理器组成，使用 4Gb RAM，以每秒 42 帧的速度处理全分辨率图像。此外，GarLine 传感器还包括用于动态调整传感器和激光参数的创新算法，以纠正涉及不同材料表面条件的应用中的反射问题。激光带宽远远超出焊接电弧产生的任何光带宽。

易于维护

GarLine 具有一次性聚碳酸酯保护罩和内部大猩猩玻璃窗口。该传感器采用空气冷却，还可作为传感器表面的气幕以提供额外的保护。对于非常热的环境，有一个水冷选项。  水冷却器集成在安装板上，采用 ARC-Swiss 固定。  如果需要，该解决方案可以快速轻松地更换传感器。

对于所有类型的自主焊接（协作机器人、工业机器人和 PLC 操作的机器），GarLine 焊缝传感器是一种即插即用解决方案，因为它们的界面直接显示在机器人焊接系统的吊坠上，无需额外的计算机或其他额外的特殊软件、电缆或任何其他设备。

除了焊缝跟踪和焊缝查找功能之外，GarLine 传感器还包括自动焊接中非常需要的其他非常有用的功能。

GarLine 焊缝跟踪和搜索激光传感器功能

接缝搜索 ：实时预测修正计算，将割炬移向接缝。传感器在焊接前找到焊接接头的正确示教点，补偿零件偏差。

定位功能 ：GarLine 扫描工件的 4 个点，捕获其形状并将其放置在平面上。该扫描和定位过程比仅使用 Touch Sense 功能快 10 倍。 GarLine 分别测量 3 个轴的旋转和平移，总共计算 6 个接缝位置。

多通道 ：多层焊接的简易编程功能。

末端检测跟踪 ：传感器检测到焊缝末端并停止焊接。

预标记避免配置 ：传感器可配置为直线焊接并跳过沿接头的预编程间隙

编织和自适应编织 ：得益于 Garline 传感器的“前瞻”视觉，割炬的轨迹可适应接缝宽度，确保锯齿形填充间隙。

柱和梁解决方案

Garmo Instruments 了解焊接市场的需求，还结合其 SharpTrack 解决方案开发了一款一体化简易焊接套件，为自主焊接应用提供终极定制且便捷的解决方案。

利用 SharpTrack 系统和 GarLine 传感器轻松实现焊接自动化

Garmo Instruments 与 QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L 合作开发了即插即用套件，可确保用户：

• 访问多种灵活的 PLC 编程选项
• 根据应用要求定制 SHARPtrack（选择滑轨型号、PLC 品牌（目前可提供西门子、罗克韦尔和松下 PLC）、驱动器、电缆长度以及根据应用定制的机柜功能）；
• 通过悬挂装置访问所有焊接功能（焊缝跟踪、实时监控、手动滑块移动、实时偏移控制以及配置焊接速度和电源相关参数）。

GarLine 的前瞻功能可确保准确的实时焊缝跟踪和焊枪轨迹的微修正。 GarLine 传感器以人眼无法察觉的速度进行轨迹修正。这种精度除了提供完美的优质焊接外，还确保了最终产品的原始感知价值。

SHARPtrack 已经包含预定义和个性化的编程，将焊接自动化变成即插即用。安装简单，无需大量编程。

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请联系 Garmo Instruments 团队，了解有关 GarLine 传感器和 SharpTrack 系统的更多信息。

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