El uso de la robótica en aplicaciones de soldadura por arco tiene el propósito de disminuir el tiempo de ciclo y mejorar la calidad y repetibilidad de las soldaduras. Esto solo es posible cuando las uniones soldadas son consistentes y repetibles. Desafortunadamente, debido a las herramientas inadecuadas y la preparación de la pieza, las uniones de soldadura a menudo se desvían mucho de la trayectoria de soldadura programada. El uso de herramientas avanzadas como TAST, Touch Sensing, sistemas de visión 2D o 3D y seguimiento de visión láser ayuda a minimizar los problemas causados por imperfecciones de piezas y herramientas y permite una expansión de las oportunidades de soldadura que antes eran imposibles.


Detección táctil
Un sistema de detección de ubicación conjunta basado en software de bajo costo es Touch Sensing. La detección táctil funciona mediante el uso del electrodo de soldadura, la boquilla u otro puntero de detección para hacer contacto eléctrico con la pieza. El robot almacena los datos de posición y luego realiza ajustes automáticamente en toda la ruta de soldadura antes de que comience el arco. La detección táctil permite realizar ajustes en una, dos o tres dimensiones.
Una desventaja de usar Touch Sensing es el aumento en el tiempo del ciclo debido a la realización de las rutinas de búsqueda. El tiempo adicional suele oscilar entre 3 y 5 segundos por articulación. Además, para que la detección táctil sea más eficaz, la pieza debe tener bordes definidos para que el sensor los encuentre.

GUSTO
Otro método basado en software de relativamente bajo costo que se utiliza para rastrear uniones soldadas es Through Arc Seam Tracking (TAST). TAST utiliza la retroalimentación de la corriente de soldadura para determinar la posición vertical de la antorcha. A medida que aumenta la distancia entre la punta de contacto y el trabajo, la corriente se reduce y, a medida que la distancia entre la punta de contacto y el trabajo se acorta, la cantidad de corriente aumenta. TAST corrige las variaciones en la posición vertical de la antorcha para mantener un sobresaliente constante. De manera similar, TAST utiliza la retroalimentación de la corriente de soldadura y la función de tejido del robot para determinar la posición lateral de la antorcha en la junta de soldadura. En el centro de la junta, la corriente del arco es mínima. Cuando la antorcha alcanza el límite de su ciclo de tejido, la corriente del arco alcanza su punto máximo. Si el valor de la corriente máxima en el borde del ciclo de tejido aumenta, la antorcha se está alejando de la unión soldada y TAST realiza las correcciones necesarias.

Si bien TAST ofrece una solución de bajo costo para corregir las uniones soldadas imperfectas, la configuración de las variables del sistema es desafiante y requiere una comprensión profunda del proceso de soldadura. Además, TAST no se puede usar para soldar aluminio, porque el cambio en la corriente debido al cambio en el sobresaliente no es lo suficientemente significativo como para seguirlo. Una vez que se completa la configuración, el proceso de soldadura debe permanecer estable para evitar que los datos de retroalimentación de corriente erróneos regresen al robot. TAST se utiliza mejor en aplicaciones con un espesor de material superior a 2 mm y velocidades de desplazamiento entre 35 y 50 pulgadas ipm (pulgadas por minuto).

Sistemas de visión 2D y 3D
Los sistemas de visión 2D como Fanuc Robotics, Inc.® integrado Robot Vision® (iRVision®) se pueden utilizar en la misma capacidad que la detección táctil para mejorar el tiempo y la calidad del ciclo. iRVision® se utiliza para el seguimiento de la ubicación de las juntas, la guía del robot y la prueba de errores antes de establecer un arco. En la guía del robot, para cada pieza o costura de soldadura, el operador calibra la cámara y enseña la ruta de soldadura en una pieza ideal. Esta imagen de referencia se almacena en la memoria del robot. Posteriormente, en cada parte, la cámara toma una fotografía antes de que se establezca un arco y el robot realiza una coincidencia de patrón entre la imagen de referencia y la nueva imagen. Luego, el robot calcula cualquier compensación y ajusta la ruta de soldadura completa en consecuencia.

Antorcha de tubería Robo Si bien la detección táctil puede tardar entre 3 y 5 segundos en realizar los mismos cálculos para cada articulación, el uso de una cámara 2D reduce este tiempo a décimas de segundo. Además, el uso de una cámara 2D permite realizar un seguimiento de las costuras en material con un grosor inferior a 1 mm, ya que el robot no tiene que tocar realmente la pieza para encontrar la costura. Para minimizar el potencial de error, la cámara toma una fotografía para verificar la orientación correcta de la pieza y la presencia de características de seguridad. Esta función de detección de errores previene un error en el proceso o lo detecta antes de realizar las siguientes operaciones. Esto elimina la necesidad de costosos sensores de proximidad y reduce el riesgo de dañar las herramientas o el robot.

La iluminación es fundamental en los sistemas de visión 2D. Cualquier luz ambiental, incluida la luz del sol, las luces del techo u otros arcos de soldadura en las proximidades, puede distorsionar la imagen y disminuir la precisión de la coincidencia del patrón. Esto puede hacer que los sistemas de visión 2D sean difíciles de usar en materiales brillantes como el aluminio. Además, el entorno hostil creado por un arco de soldadura puede dificultar la precisión de la cámara. Si la cámara está montada con antorcha, la lente debe protegerse del calor y las salpicaduras del arco de soldadura. Los sistemas de visión 3D emplean la misma tecnología que los sistemas de visión 2D con la adición de un láser. Mientras que los sistemas de visión 2D detectan el movimiento de la pieza en las direcciones X e Y y la rotación de la pieza, los sistemas de visión 3D agregan detección de cambios de altura, inclinación y guiñada.

Seguimiento de visión láser
El seguimiento de visión láser proporciona un método tridimensional en tiempo real para rastrear las costuras de soldadura en materiales con un espesor de menos de 1 mm o juntas con un espacio de menos de 1 mm. El sensor láser está conectado al brazo del robot aproximadamente una pulgada por delante del soplete de soldadura. Un diodo láser proyecta una línea sobre la pieza y la cámara detecta la costura de la junta basándose en la distorsión en la línea láser. El software de la cámara luego proporciona información al robot con respecto a las variaciones de espacio y ajuste. Estos datos permiten que el robot realice los ajustes necesarios en la posición de la antorcha, la velocidad de desplazamiento, la amplitud del tejido y otros parámetros de soldadura como el voltaje y la corriente. El seguimiento de visión láser no obstaculiza la velocidad de desplazamiento general, ya que aún se pueden alcanzar velocidades de soldadura de 100 ipm. Dado que el láser opera en una sola longitud de onda, no es susceptible a la interferencia de la luz ambiental. Los algoritmos de software que reducen el ruido y la retroalimentación no deseada también hacen posible el uso de Laser Vision Tracking en materiales brillantes como el aluminio y el acero inoxidable. Además, la cámara está protegida contra salpicaduras y humos de soldadura y el calor intenso al estar montada a una pulgada de distancia de la antorcha. El paso de la tecnología analógica a la digital mejoró en gran medida la capacidad del seguimiento de visión láser. La tecnología digital permite que el sensor tenga un rango más amplio y una señal más clara. En comparación con sus homólogos analógicos, los sensores digitales son aproximadamente cuatro veces más precisos y tienen velocidades de exploración más rápidas. Una de las principales desventajas que aún se asocian con el seguimiento de la visión con láser es el costo del sistema, que puede ser de 50.000 dólares o más. Además, dado que el sensor está montado en la antorcha, puede limitar el acceso a la antorcha en algunas aplicaciones.

Conclusión
Para cualquier aplicación robótica, hay varias opciones disponibles para ayudar a mejorar la calidad y la repetibilidad de la soldadura, incluyendo TAST, Touch Sensing, 2D Vision y Laser Vision Tracking. La Figura 1 muestra comparaciones entre las opciones discutidas, y Lincoln Electric Automation emplea personal experimentado y profesional para ayudar con la revisión de cualquier aplicación. Estas opciones tienen sus propios beneficios y limitaciones, y solo con una evaluación minuciosa de cada aplicación puede un usuario determinar qué sistema puede proporcionar el mayor retorno de la inversión en términos de mayor productividad y calidad mejorada.