自主焊接解决方案：专家对比与洞察

GarLine & SharpTrack —— “自主焊接”的前沿焊缝跟踪解决方案

制造业日益自动化，对易用解决方案需求日增。焊接领域因合格焊工短缺，自动化和机器人焊接解决方案需求旺盛，同时对制造商和加工厂愈发具成本效益。许多现有焊接方案可视为“半自动化”，但需持续操作员干预、焊接设置周期长、要求高技能操作员。完全自动化机器人焊接可称“自动焊接”。若极少需操作员干预且设置任务大幅简化，则可称“自主”。但以最小操作员活动实现自主颇具挑战。机器人焊接方案需工艺改进才能真正实现自主或无人驾驶，如具备足够集成智能的激光焊缝跟踪/查找传感器，可在任意时刻执行最优焊接策略。

可用于自动化或半自动化焊接的技术

Motoman.com网站2022年3月31日文章中，Joshua Leath提供自动化焊接选项指南，划分五大类：接触感应、丝感应、电弧感应、激光点感应、激光轮廓感应。并将自动化任务分为焊缝查找和焊缝跟踪：

焊缝查找 vs 焊缝跟踪

“焊缝查找与焊缝跟踪有何区别？”及“如何判断何时使用查找还是跟踪？”是机器人焊接专家常遇问题。决定如何推进机器人焊接流程时需考虑以下因素：

焊缝查找

为使机器人焊接前精准定位焊缝，推荐高速焊缝查找或接头查找。工件必有变异范围，目标是通过规格零件和夹具最小化变异，控制在焊丝半径宽度内进入接头焊缝。该过程可通过多种技术实现，使机器人找到焊缝。一旦通过通常两个或更多已知点发现焊缝，机器人移动程序路径完成焊接。所需查找类型主要取决于预期循环时间和接头类型。焊缝查找是最流行焊接功能之一，常通过以下接触和非接触选项实现：

接触感应 —— 适合简单接头和几何形状零件定向查找，此方法也称“丝触”，涉及焊枪末端焊丝物理接触待焊零件导电表面。机器人低速移动和最终接触通过焊丝低压电路完成。某些场景也可用焊枪喷嘴实现。通过专为自动化设计的焊接电源内置功能完成，如Yaskawa Touch Sense包在低速搜索中利用低压电路确定焊接接头最佳位置。

丝感应 —— 类似接触感应，焊枪焊丝与零件触觉接触，但利用焊枪伺服电机使焊丝快速上下移动，同时机器人横跨零件移动。便于搭接接头定位，可测量材料高度和间隙等项目。

激光点感应 —— 比接触感应快2至5倍，使用安装在焊枪上的基本激光点传感器，几乎以激光发射速度捕捉零件位置和方向，提供快速准确的焊缝查找。

Fanuc集成Garmo GarLine R传感器

激光焊缝查找（搜索） —— 单次扫描比激光点传感器获取更多特征，利用轮廓激光接口（软件选项）如Yaskawa MotoEye™ SF提供极快接头测量。FANUC America Corporation提供类似功能R901 SW选项。该方案适配使用3D多激光测距成像光学器件的传感设备，焊接前向机器人提供所需测量/接头间隙数据。

优点：

• 适用所有材料和光照条件
• 宏作业易于示教
• 提供接头间隙数据
• 长焦距；可远离电弧安装
• 定位2.5D；偏移和深度
• 紧凑自包含
• I/O接口可改装旧控制器

缺点：

• 中高复杂度；建议视觉系统培训
• 可能限制工件/工装进入
• 40或50mm视场可能需多次搜索大偏移

焊缝跟踪

常简化编程，利用创新技术使机器人焊接过程中实时跟踪焊缝位置。适用于焊接过程中工件变形或重型铸件，常用方法：

电弧跟踪 —— 适合长或弯曲焊缝、零件间差异大的情况，如Yaskawa ComArc LV（低压）利用安装在焊接电源附近的固态传感器，焊接序列中主动测量电弧特性，确定机器人示教路径与实际焊缝路径偏差。

激光焊缝跟踪 —— 建议用于焊缝多变且要求最快循环时间的材料，结合高性能激光与高速控制器，在焊接过程中实时查找焊缝和零件位置。这是高混合、低产量零件生产（如职业车间）的理想方案。所需夹具少于半自动或自动焊接。专用程序补偿路径，即使零件移动也能适应焊缝位置和变化的焊接参数。

优点：

• 可靠跟踪薄板搭接接头
• 支持高移动速度（>100 IPM）
• 可实现带跟踪的摆动运动
• 跟踪不受焊接设置影响
• 支持协调运动
• 提供以太网接口
• 相机强化抗焊接电弧
• 自适应焊接功能；速度和焊接设置

缺点：

• 高复杂度，有时（不总是）高成本
• 需要视觉系统培训
• 焊枪安装传感器限制狭窄空间接头进入
• 跟踪半径限制在40-60mm
• 单系统限制两台机器人

使用GarLine焊缝跟踪与查找激光轮廓传感器的优势

从Leath先生详细分析可见，提供焊接自动化有多种方式。但许多技术难以达到真正自主，即无人值守操作、自适应控制和高易用性。Leath先生提供的最后方案是激光轮廓焊缝跟踪/查找。它提供最高自主度，因为它向前“展望”焊缝定义机器人焊接路径，并通过板载处理器（GarLine具备）快速信号处理，基于测量宽度或深度即时调整所需焊接。

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，具备坚固性、灵活性和适应性，适用于多种焊接应用和广泛材料。

以下总结焊接自主性为制造商带来的益处：

改善工作条件

使用GarLine传感器，工人在更安全环境作业，避免传统焊接健康和人体工学风险，无需靠近焊缝作业。

小批量生产快速换型

GarLine传感器在个人电脑或集成在机器人/协作机器人示教器上拥有极其用户友好的菜单驱动设置，支持包括Fanuc、ABB Robotics、Universal Robotics (UR)等广泛品牌型号。简化操作员培训，根据零件生产变化快速更改程序。GarLine是高混合低产量职业车间的理想解决方案，凭借大量菜单选项和固有焊接适应性，也适用于广泛零件尺寸和形状。

提升产品质量

GarLine光学精度和自动修正以极高速率传达给机器人，因此GarLine焊接方案通过实现更高质量焊缝、更快焊接、降低不必要废品率、缩短时间提高成品率，避免返工和生产损失。

增强生产力

“少即是多”概念的简洁性是包括焊接领域制造商在内每个企业的目标。在仍获高质量结果前提下减少生产投入时间（含机器设置和零件夹具），提升整体生产力（OEE）。

GarLine C协作机器人设置与操作

GarLine传感器特性

坚固传感器

GarLine超越IP67绝缘等级，在-20°C / 70°C工作范围内成功运行。设计采用航空航天材料确保最佳EMI绝缘，含TIG焊接工艺。

智能电子

电子部件包含4个并行处理器，利用4GB RAM以全分辨率每秒处理42帧图像。此外，GarLine传感器包含创新算法，动态调整传感器和激光参数，修正不同材料表面条件应用中的反射问题。激光带宽远超焊接电弧产生的任何光带宽。

易维护

GarLine配备一次性聚碳酸酯防护罩和内部Gorilla Glass窗口。传感器风冷，同时在传感器表面形成气幕提供额外保护。极热环境可选水冷，水冷集成在安装板上，采用ARC-Swiss固定。此方案实现快速简便传感器更换（如有必要）。

针对所有类型自主焊接（协作机器人、工业机器人和PLC操作机器），GarLine焊缝查找传感器即插即用，接口直接显示在机器人焊接系统示教器上，无需额外计算机、特殊软件、线缆或任何额外设备。

除焊缝跟踪和查找功能，GarLine传感器还包含自主焊接高需求的其他实用功能。

GarLine焊缝跟踪与搜索激光传感器功能

焊缝搜索：实时前瞻计算修正移动焊枪朝向焊缝。传感器在焊接前找到焊接接头正确示教点，补偿零件偏差。

定位功能：GarLine扫描工件4个点，捕获形状并置于平面。此扫描定位过程比仅用Touch Sense功能快10倍。测量旋转和平移各3轴，共计算6个焊缝位置。

多层焊：多层焊缝易编程功能。

末端检测跟踪：传感器检测焊缝末端并停止焊接。

预标签避让配置：传感器可配置为直线焊接并跳过接头沿线预编程间隙。

摆动与自适应摆动：得益于GarLine传感器“前瞻”视觉，焊枪轨迹适应焊缝宽度，确保锯齿填充间隙。

立柱和臂式解决方案

了解焊接市场需求，Garmo Instruments还开发了集成简易焊接套件SharpTrack，为自主焊接应用提供终极定制便捷解决方案。

结合SharpTrack系统与GarLine传感器实现轻松焊接自动化

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

• 访问多样灵活PLC编程选项
• 按应用需求定制SHARPtrack（选择滑台型号、PLC品牌（目前支持西门子、罗克韦尔、松下PLC）、驱动器、线缆长度和定制机柜特性）
• 示教器访问所有焊接功能（焊缝跟踪、实时监控、滑台手动移动、实时偏移控制、配置焊接速度和电源相关参数）

GarLine前瞻功能确保精准实时焊缝跟踪和焊枪轨迹微修正。GarLine传感器以人眼难以察觉速度执行轨迹修正。这种精度除提供无瑕疵焊接质量外，还确保最终产品纯净感知价值。

SHARPtrack已包含预定义和可个性化编程，将焊接自动化变为即插即用。安装简便，无需大量编程。

考虑升级您的焊接应用？

联系Garmo Instruments团队了解GarLine传感器和SharpTrack系统更多信息。

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