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在机器人自动化焊接中有一个亟待解决难题就是工件的不规则性和焊接过程中工件受热变形，使机器人焊接轨迹偏离了实际焊缝。这种普遍存在的现象严重阻碍了焊接自动化的推广应用。Nebula F系列数字化焊机与FANUC机器人配合，利用电弧传感器实现了焊接过程中的电弧跟踪，可以在左右方向和上下方向自动跟踪焊缝的变化，使焊接轨迹始终与实际焊缝保持一致。
一、Nebula焊机与FANUC机器人的连接
图一 Nebula焊机与FANUC机器人连接实现电弧跟踪
NebulaF系列数字化焊机内置标准Devicenet接口，只需要一条4芯电缆就可以直接连接机器人Devicenet接口，无需外接Devicenet转换模块。这种方式与外接Devicenet转换模块相比有如下优点：1，节约用户成本。2，通讯速度大约提高了20倍，这是实现电弧跟踪的关键，因为要实现电弧跟踪，焊机和机器人之间要进行高速数据交换。3，完整支持Devicenet协议，机器人可以对焊机进行高速、精细、全面地检测和控制，实现高质量高效率的自动化焊接。
二、电弧传感器的实现原理
图二 电弧传感器的作用
电弧传感器是通过软件智能判断焊缝位置，无需增加任何额外硬件。如图二所示，无论是工件本身不规则还是在焊接过程中发生了变型，无论这种变形是左右变形、上下变形还是上下左右都变形，电弧传感器的作用就是让机器人始终能找到焊缝的中心位置，准确地在中心位置焊接，并保持焊炬高度的一致。无论是直峰焊、环缝焊、相贯线焊还是其他焊接轨迹，电弧传感器都能很好地跟踪焊缝中心。
图三 焊炬在V型焊缝中摆动时的电流波形
从图三可以看出，焊炬在V型坡口中心摆动时，摆到两侧时由于干伸长变短导致电流增加，摆到中心时由于干伸长变长导致电流减小，电弧传感器就是利用这个原理实现电弧跟踪的。如果焊炬以焊缝为中心摆动，则摆到两侧时的干伸长是对称的，电流波形也是对称的，如果焊炬偏到某一侧，则该侧的干伸长变短电流较大，另外一侧的干伸长变长电流较小，两边电流波形不对称，系统据此可判断出焊炬已经偏离焊缝中心（如图四所示），然后再据此调节焊炬位置让焊炬回到焊缝中心位置来。
图四 焊炬偏离焊缝中心时的电流波形
电弧传感器除了可以实现左右焊缝跟踪外，还可以实现上下焊缝跟踪。有摆动和无摆动的情况下都可以实现上下焊缝跟踪。如图五所示。其原理是：当焊炬离工件距离减小时，干伸长减小，电流增加；当焊炬离工件距离增加时，干伸长增加，电流减小。系统据此可以判断焊炬离工件的距离，当距离发生变化是便调整焊炬的高度，保证焊炬与工件保持恒定的距离。
图五 工件上下方向变形时电弧跟踪的实现
三、结论
Nebula F系列数字化焊机与FANUC机器人成功地利用电弧传感器实现电弧跟踪自动化焊接，已在多个项目中实际投入使用，运行稳定可靠。这种自动焊缝跟踪技术避免了使用昂贵的激光跟踪设备，成功地解决了因工件不规则和焊接变形造成的无法使用机器人实现自动化焊接的难题，具有极大的应用前景。
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