隨著動態電極力測量技術的發展，通過定期檢測點焊機器人和在線測量監測點焊過程，來消除次品和節省成本變得越來越普及。奇石樂公司生產的變送器可對阻焊過程中的力進行有效監控，并且在眾多汽車制造企業內得到廣泛應用。

隨著競爭的不斷加劇，汽車制造企業不得不在阻焊中尋求更短的循環時間，以及更可靠的能夠用特定工藝參數來表現的焊接操作。無論是氣動還是電動電極，夾緊力都是一個重要的參數，因此為了得到更加可靠的產品，人們必須關注整個點焊過程精確的電極夾緊力。

對于現代機器人控制系統中作為第七軸由伺服電機驅動的電極夾，在線（on-line）電極力的測量不僅用于監測，而且用于控制。阻焊中如果不能及時監控電極夾緊力，將導致生產浪費或次品增加。為彌補此缺陷，通常人們要進行不定期的檢查。隨著動態電極力測量技術的發展，通過定期檢測點焊機器人和在線測量監測點焊過程，來消除次品和節省成本變得越來越普及，尤其是在電極夾的電驅動系統中。焊接機器人力測量系統如圖1所示。

圖1  焊接機器人力測量系統舉例

過程參數

焊接過程中重要的參數是時間、電流和焊接力。為優化點焊效果，在電流打開時達到要求的焊接力被理解成電極夾緊力。如果電流開啟過早，如在力值達到其最優值的 90%之前開啟，則焊濺（Welding Spatter）和電極磨損（Electrode Wear）就可能產生；另一方面，電流必須盡早開啟以使循環時間減少。

通過經驗可以得知，電焊力每次都不同，主要原因是電極磨損導致電極夾緊力逐漸減少。過大的偏差可能由多種原因引起，如板材進給不正確、厚度不對、變形以及部件相互放置不齊等。

直接或間接（Indirect）測力非常適合于監測，也可用于控制和調節電焊力，具體方式為：

1、通過用一個力傳感器或一個裝有力傳感器的實驗臺進行定期的直接測量（離線）。

2、焊接時，間接在線測量焊接力，如將應變傳感器裝于機架或電極適配器上。

3、點焊時，直接在線測量焊接力，如將傳感器裝在機構上或裝在驅動馬達上。

離線監控

1、定期標定

焊接機器人或機器上的焊接力可以定期標定、數據存檔，奇石樂公司（KISTLER）生產的9831A/B電焊力標定變送器可用于該用途。與點焊力監控器 5825A2一同使用，9831A/B 可以記錄電流開啟時的力值和點焊時的其他特征值（如圖2所示），并可直接檢驗夾緊力在電流開啟時是否達到理想水平（通常為最大力值的90%）。這里最重要的是使被測力的電極間隙盡可能小（如實際電焊時一樣）。在這方面，9831A/B具有極大的優越性，該傳感器可測到最小間隙為3.5mm的電極力。

圖2  帶5825A電焊監控器的焊接力標定變送器9831A/B

變送器由兩個鋼片中夾一個傳感器構成。電極適配器可用于對不同型號的電極作用力作用進行優化。

2、定期監控

另外一種可能是在生產過程中定期監控點焊力。為此，可以將奇石樂公司9833A變送器裝在一個固定測試位置（如焊接頭的加工臺上）。在車身制造時，通常 400～500 個點焊后，電極需要打磨，這時需要中斷生產，同時檢查電極夾。在碾磨臺電極電流和電極力得到了檢測（如圖3所示）。聯到帶過程參數的系統，通過測量點焊力，以下的過程參數都可得到核實：

□ 在給定公差內（如10%）比較最大電極力和目標電極力；

□ 在大于目標電極力的90%時的開啟電流；

□ 電極夾的“咔嗒”（chatter）行為；

□用控制系統內的值比較力—時間曲線；

□ 空氣壓力是否正常。

圖3  用于BMW 的9833A 集成于機器臺面上的焊接力變送器

在線監控

在線監控能夠在焊接過程中直接得出結論，比如一個伺服系統電極夾力的特性曲線，且可用于過程控制（如調整電極力和電極位置）。一般來說，將傳感器裝在電極或電極支架上是不可能的，并會干涉到電焊過程。所以，為實現在線檢測的目的，傳感器安裝于機器的承載機構上。對于電極夾，傳感器裝在電極夾支架或直接在驅動機構上。

1、阻焊機上力的監控

焊接力的間接測量特別適合于C型結構的焊機，焊接力機器結構或電極夾上會產生微小但極易測量的應變，奇石樂高靈敏度應變傳感器 9232A、應變變送器 9234A等可以用于該用途。應變傳感器用M6的螺釘固定在機構上，安裝只需一個精整的小平面即可，位置在應變大（越遠越好）且和焊接力線性相關的部位。圖4(a)為C形機架上的 9232A（位置2 和3）安裝的傳感器，為了對比，在電極上也安裝了該設備（位置1）。圖4(b)顯示出兩個傳感器（1和2）測出的電極力原始信號比較。由于安裝位置的不同，應變傳感器顯示出對焊接力不同的靈敏度，傳感器1（直接安裝在電極上）明顯比傳感器2（在機體上）更加靈敏。此外，兩個應變信號為反相，傳感器1是拉伸應變，傳感器2為壓縮應變。不過，焊接力（焊接過程）可以非常好地用應變傳感器來表現。

圖4  阻焊機上安裝的應變傳感器及其測量結果

2、機器人焊夾上力的測量

上述介紹的用于間接測力的應變傳感器、變送器，和內置于驅動機構或驅動馬達上的直接測力傳感器一樣，也可用于機器人焊夾上力的測量。以一個氣動C型夾為例，進行比較測量：一個是電極上的應變，一個是活塞桿上的力傳感器，在一個在線焊接力的監控中，應變信號和直接測力的信號顯示出了非常好的一致性。由于電極上的傳感器在生產環境下不能進行充分有效的保護，所以在實際解決方案中傳感器內置在活塞桿上。圖5（左）顯示了一臺現代伺服焊夾裝有9234A應變變送器內置于一個集成電器內，集成電器回路有一個可調的放大器，允許傳感器優化調節焊接力和焊接過程。應用應變傳感器或應變變送器的優點是簡化安裝，特別體現在對已有的焊機或焊夾進行整修和改造中。圖5（右）顯示了一個力的變送器內置于一個球軸承的直接測力（作為伺服電夾的典型應用）。這種形式的直接測力用于監控或用于電焊機伺服電夾定常力的校準，還可用于優化實際電焊過程的時間和用于焊接連接件的調整。帶電驅動電夾及力傳感器的機器人如圖6所示。

圖5  在伺服電動焊夾上裝有應變傳感器（左）；在伺服電動焊夾的球軸承上裝有力傳感器（右）

3、內置于驅動馬達中的力傳感器

對于電驅動焊接夾理想的解決方案是，直接內置一個力傳感器于驅動馬達內。圖7給出了一個內置力傳感器測量軸向力Fz的線性馬達，Fz同焊接力成比例關系。這種測量已被研發并且成功通過了在工具定子上的測試。

結語

綜上所述，文中提供的在線、離線標定和監測系統對所有阻焊過程均能給出可靠的信號。同時，這些傳感器具有極高的響應速度，可提供精確的焊接力曲線記錄，哪怕是在最短的循環時間內。此外，由于其自然特性（石英壓電傳感器），不會受到電磁場影響，產生的信號可靠、清晰、易于處理。奇石樂石英壓電傳感器還具有極高的過載量，堅固耐用，且使用壽命極長，因此特別適合于長期監測。