Touch sensing: поиск заготовки касанием

Механизм работы 

Работу системы поиска методом касания  можно описать с помощью следующего алгоритма, представленного в виде блок-схемы:   

 
 

Идет вставка изображения...   

После процедуры поиска можно определить насколько смещена или неточно собрана заготовка.  Т.к. правильные координаты известны заранее  то,  зная результаты поиска, можно сместить  траекторию движения/сварки так, чтобы она попадала туда, куда нужно.  

Другой подход заключается в том, что траектория сварки точно не известна и определяется с помощью нескольких последовательных измерений.  

 

Ниже приведена демонстрация процесса поиска стыка. Процесс поиска смоделирован в CAD/CAM-системе. Поиск шва в данном демонстрационном примере разбит на три этапа: 

1. Поиск детали 

2. Поиск положения шва 

3. Поиск начала шва 

 

 

   

   Изображение    

Разновидности  

Поскольку принцип работы систем с поиском касанием остается неизменным в любом случае, логично выделить основные типы поиска по виду инструмента: 

 

Конечная точка электрода (конец сварочной проволоки)  

Распространенный способ, очень простой и удобный в реализации, но, имеющий ряд существенных недостатков, а именно:  

Необходимо обеспечить постоянство вылета сварочной проволоки.  

Эта проблема решается использованием автоматизированной механической отрезки(обычно встраивается в системы очистки  для сварочной горелки).   

 Изображение      

 

 

Изгиб проволоки в направляющем канале может существенно влиять на точность измерений.  Если в сварочной системе используется устройство Push-Pull, то оно жестко фиксирует проволоку в канале (это побочный, но весьма положительный эффект основного функционала данного устройства, заключающегося в равномерной подаче проволоки даже при условии большого  расстояния до катушки/бочки). Данное устройство необходимо, если для поиска используются вылет проволоки более 15мм. 

 

 Изображение   

 

Перед каждым циклом измерений (после сварки), необходимо отрезать проволоку точно в заданный размер. Время перемещения  робота из зоны сварки к очистке, отрезка и возврат могут существенно влиять на производительность решения  в случаях большого количества измерений  

 

Точка на буртике сопла горелки  

Способ альтернативный предыдущему, значительно более быстрый (не требуется отрезка проволоки) и точный, но алгоритмически более сложно реализуемый, т.к. необходимо для каждого измерения пересчитывать положение точки на буртике сопла по отношению к концу сварочной проволоки.  

 

Недостатки: 

 - В случае попадания на сопло брызг металла от сварки в точках касания появляется неточность в измерениях. Частично, данную проблему решает антипригарный спрей, который можно наносить на сопло горелки с помощью автоматической системы очистки. 

 

 Изображение   

 

 Поскольку используется корпус горелки,  проверять настройку инструмента необходимо, чаще, чем обычно. Для проверки настроек инструмента можно использовать автоматические юстировочные станции.   

 

 Изображение   

 

 

 - Специальный жесткий щуп  

Данный подход используется нечасто, в основном в системах со сменным инструментом, либо в системах, выполняющих узкоспециализированную задачу. Данный способ быстрый, точный и легко реализуется.  

Проблемные моменты следующие:  

- Все особенности предыдущего варианта  

- Часто, конструкция с стационарным щупом становится слишком громоздкой     

 

- Специальный подпружиненный щуп с концевым датчиком   

Очень неприхотливый вариант с точки зрения обслуживания, реализуется легко.  

Минусы: - Решает узкий круг простых задач  

- Повышенные требования к надежности и защищенности конструкции щупа  

 

Альтернативные методы коррекции траектории  

В качестве альтернативы можно выделить два основных класса методов коррекции:    

 

Коррекция, основанная на слежении за параметрами сварочного процесса  

Данные методы позволяют скорректировать положение электрода по отношению к стыку на основе изменяющихся значений тока или напряжения в процессе сварки. Есть целый ряд ограничений в применяемости таких способов коррекции, связанных с допустимыми параметрами сварки и с геометрией стыка. В некоторых случаях,  эти методы можно очень удачно скомбинировать с методом поиска касанием. Например, начало шва ищется методом касания, а в процессе сварки положение электрода корректируется исходя из измерений колебаний тока и напряжения. Данные методы коррекции  рассмотрены в нашем специальном цикле статей.    

 

Коррекция, основанная на слежении за геометрией стыка  

Способ, реализуемый с помощью лазерных сканирующих систем. Рассматривается в специальной статье.    

 

Заключение  

В заключение отметим, что поиск касанием это эффективный и простой способ скорректировать сварочную траекторию. Его несомненным плюсом является также то, что практически все роботы и сварочные источники имеют опцию touch sensing по умолчанию. При этом нужно иметь ввиду, что для многих задач есть способы более быстродействующие и более точные.