Procesul de sudare este expus atât la perturbații de geometrie, cât și de proces. Perturbațiile de geometrie sunt deviațiile îmbinării și ale traseului de sudare cauzate de variația pieselor, pregătirea inexactă a îmbinării, eroarea de montare și aliniere și distorsiunea termică. Perturbațiile de proces sunt deplasarea parametrilor de proces din cauza toleranțelor mașinii și dispozitivelor. În sudarea manuală, sudorul observă aceste perturbări și le corectează manual conform strategiilor învățate și dobândite prin experiență.

Pentru sudarea robotică complet automatizată, aceste perturbări pot fi dăunătoare atât pentru urmărirea exactă a căii de sudare, cât și pentru asigurarea calității sudurii. Pentru a îmbunătăți productivitatea, a asigura calitatea și costurile mai mici pentru operațiunile de sudare robotică, senzorii sunt necesari să furnizeze atât date despre geometrie, cât și date despre proces pentru urmărirea cusăturilor și monitorizarea procesului. În cele din urmă, cu feedback de la senzori, parametrii de proces și de mișcare pot fi ajustați online pentru a face față perturbărilor.

Progresele în tehnologiile senzorilor și electronicii au permis viabilitatea performanței și fiabilității senzorilor și costuri competitive în mediul dur de sudare. Există o gamă largă de senzori pentru detectarea geometriei și monitorizarea procesului, chiar și pentru baia de sudură topită (Luo și Devanathan 2002), radiația arcului electric (ISF Aachen 2013b) și analiza plasmei (în timpul sudării cu fascicul laser) generată cu laser (Luo și Zeng 2002). Senzorii cei mai maturi și folosiți pe scară largă pentru aplicații industriale sunt cei pentru obținerea datelor de geometrie și parametrii de proces pentru găsirea și urmărirea cusăturilor de sudură și monitorizarea sudurii și arcului.

Găsirea cusăturii de sudură

Găsirea cusăturii de sudură este pentru a detecta marginea sau începutul unei cusături de sudură. Datele pot fi utilizate în scopuri precum confirmarea că un produs a fost încărcat corect, definirea unei poziții în spațiu pentru a executa o sudură, decalarea unei cusături de sudură care variază de la lot la lot ș.a. Senzorii primari pentru găsirea cusăturilor de sudură sunt senzorul de detectare tactilă (atingere) și senzorul de proximitate.

Detectarea tactilă

Detectarea tactilă este o metodă bine stabilită pentru găsirea cusăturilor de sudură. În principiu este o tensiune aplicată duzei gazului de sudare, sârmei de sudare sau sondei independente. Tensiunea se scurtcircuitează când face contact cu componenta în planul X, Y sau Z. Scurtcircuitul este recunoscut fie de controlerul robotului, fie de sursa de putere de sudare, iar apoi poate fi dedus colțul pentru începutul unei suduri sau înălțimea marginii sudurii. Detecția tactilă necesită ca un robot să atingă sârma de sudare sau sonda de detectare cu piesa de prelucrat în mai multe locuri pentru a determina locația și orientarea piesei de prelucrat. Se limitează la caneluri cu dimensiuni mari și traseu relativ drept al cusăturii.

Senzor de proximitate

Senzorul de proximitate este un senzor fără contact și funcționează folosind un câmp inductiv analogic. Cel mai simplu tip este o bobină inelară. Dacă prin bobină trece curent alternativ, se generează un câmp magnetic. Câmpul magnetic slăbește atunci când bobina se apropie de piesa de prelucrat care este metalică și conductivă electric. Cu un aranjament cu mai multe bobine într-un singur senzor, se pot obține poziția canelurii de sudură, precum și datele unghiulare și de rotație.

Producătorii proeminenți de surse de putere de sudare și majoritatea furnizorilor de sisteme de sudare robotică sunt capabili să ofere funcționalitate de găsire a cordonului de sudură (Robotics 2012).

Urmărirea cusăturii de sudură

Urmărirea cusăturii de sudură implică măsurarea canelurii de sudură și a geometriei cusăturii. Datele măsurate permit nu numai schimbări ale traiectoriei robotului, ci și control adaptiv prin ajustări în timp real a parametrilor procesului pentru a face față perturbărilor geometriei îmbinării. Datele cusăturii de sudură pot fi utilizate în continuare pentru aplicații de sudare cu mai multe treceri. În sudarea cu mai multe treceri, urmărirea cusăturii de sudură este utilizată în timpul trecerii prin rădăcinii. Sunt stocate datele de decalaj pozițional și valorile de ajustare a parametrilor din trecerea prin rădăcina urmărită. Datele stocate pot fi redate pe treceri consecutive, care sunt sudate conform unui offset preprogramat față de trecerea prin rădăcină stocată.

Există două metodologii principale care pot facilita urmărirea cusăturii de sudură. Acestea sunt scanare laser și detecție prin arc, deși viziunea stereo este o opțiune alternativă.

Scanare cu laser

Scanerul laser pentru urmărirea cusăturilor se bazează pe principiul triangulației laser. O diodă laser proiectează o bandă laser vizibilă fie prin proiecția liniei laser, fie prin oscilația punctului laser. Lumina reflectată este recepționată de senzorii CMOS sau CCD. Prin detectarea modificărilor poziției și formei reflexiei, se măsoară poziția diferitelor puncte de-a lungul canelurii de sudură. Astfel, scanarea laser oferă informații 2D despre lățimea și adâncimea sudurii pentru urmărirea cusăturii. Figura 27 ilustrează principiul de măsurare al unui scaner laser (Juneghani și Noruk 2009).

Limitarea tehnică a scanerului laser este fiabilitatea acestuia atunci când scanează pe suprafețe foarte reflectorizante. Alte considerații care trebuie revizuite includ costul relativ ridicat, problemele de întreținere din cauza mediului dur de sudare și constrângerile fizice care pot limita accesibilitatea pistoletului la îmbinarea de sudură.

Sistemul de urmărire a cusăturilor bazat pe scanare laser a fost utilizat pe scară largă atât pentru sudarea robotică cu arc, cât și pentru sudarea cu laser. Se poate colabora fie cu producători de senzori precum SICK, Keyence, Micro-Epsilon și MEL Mikroelektronik pentru a construi dispozitive de urmărire a cusăturilor de sudură sau pentru a cumpăra un sistem integrat de urmărire a cusăturilor și software de la furnizori precum Meta Vision, Servo-Robot, Scan Sonic, OTC Daihen și Moto Eye etc.

Detecție prin arc

Detectarea prin arc necesită ca robotul să țeasă peste îmbinarea de sudură în timpul sudării. Curenții de sudare sunt măsurați în timpul țeserii arcului pentru a calcula atât poziția reală a cusăturii, cât și înălțimea arcului. Aceste date sunt apoi folosite pentru a ajusta traseul robotului prin compensare laterală și verticală. Detecția prin arc este adesea folosită împreună cu detecția tactilă. Senzorul tactil găsește punctul de pornire al sudării. Apoi, urmărirea prin arc preia controlul pentru a menține pistoletul de sudare în îmbinare după ce arcul este amorsat. Figura 28 ilustrează țeserea arcului pentru detectarea prin arc (Robotics 2012).

Detecția prin arc nu necesită sonde externe, iar toate informațiile sunt colectate prin arcul de sudare în sine. Este o tehnologie foarte bine dovedită și este foarte fiabilă și rentabilă.

Singura limitare este cerința ca robotul să suprapună o țesătură pe sudură pentru a obține informațiile de care are nevoie. Prin urmare, este cel mai util pentru suduri umplute simplu sau suduri cu caneluri adânci, în timp ce utilizarea sa pentru suduri cap la cap și suprapuneri este limitată.

Majoritatea furnizorilor de sisteme de sudare robotică obișnuite sunt toți capabili să ofere funcționalități de detectare prin arc, cum ar fi ABB WeldGuide, Fanuc ArcTool TAST și Yaskawa ComArc.

Monitorizarea datelor de sudură/arc

Monitorizarea datelor de sudură/arc se referă la măsurarea în timp real a diferiților parametri ai procesului de sudare. Acești parametri includ curentul arcului, tensiunea arcului, viteza de avans a sârmei, viteza de deplasare, debitul de gaz, temperatura și timpul de sudare. La sudarea în modul impuls, pot fi măsurați și parametrii de impuls, cum ar fi curentul de vârf și de fond, tensiunea și frecvența pulsului. Diferiți senzori și traductoare sunt utilizați pentru monitorizarea parametrilor de sudare și câteva exemple sunt enumerate în Tabelul 8.

Pe lângă datele despre procesul de sudare, pot fi furnizate și date de producție precum eficiența generală a echipamentului, timpul de nefuncționare, timpul de pornire a arcului, precum și factorii de performanță, cum ar fi ratele de depunere, utilizarea sârmei, utilizarea gazului și defecțiunile de sudură.

Odată cu progresul tehnologiei bazelor de date, datele dobândite pot fi utilizate pentru monitorizarea în timp real, evaluarea caracteristicilor arcului și analiza stării producției și a tendințelor.

Sunt disponibile atât soluții complet integrate, cât și soluții terțe. Sistemele complet integrate în sursa de putere sunt livrate de furnizori de surse de putere de sudare precum Miller, Lincoln și Fronius. Aceste sisteme oferă o integrare perfectă și un timp minim de pornire. Sistemele de la terți sunt avantajoase pentru sursele importante de putere de sudare, fără opțiunea unei soluții încorporate. Sistemele de la terți pot funcționa ca unitate autonomă sau pot fi conectate la un PC prin Ethernet sau USB. Printre acestea se numără ARCAgent™ de la Impact Engineering Inc., ADM IV™ de la Computer Weld Technology, Inc. și ALX II de la Partek Laboratories Inc.