焊接机器人的技术应用

 焊接机器人应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合，焊接机器人能否在实际生产中得到应用，发挥其优越性，取决于这几方面技术的共同提高，而系统工程技术是机器人技术和焊接技术的粘合剂。目前，焊接工艺正以惊人的发展速度成为工业生产中的主流工艺，而焊接质量和焊接生产率是任何企业都不能忽视的问题，因而焊接机器人的广泛应用势在必行。过去，由于国内缺乏专业技术人才，对机器人的应用缺乏深层次的开发和利用，使它的利用效率远没有很好地体现出来。如今，这种状况正在迅速地改变。

焊接机器人

　　机器人的特点

　　1.柔性

　　机器人是数控立体作业机床，具有六个自由度，不仅可以实现焊枪位置的可达性，还可以实现焊枪的角度变化。虽然它的精度不能与传统的机床相比，但对于焊接生产而言，机器人的重复定位精度已完成能够胜任。

　　从经营角度看，设备的购入与产出平衡对企业来说非常重要，加之市场的影响，产品的更新换代周期相对缩短。如果采用焊接专机进行焊接生产，在产品换型时，焊接专机很难快速地适应产品的变化，从而阻碍了新产品的推出速度，这种延误极有可能严重影响企业的快速发展。采用机器人进行焊接生产，企业只需编制一个新程序即可实现新产品的投产，可使企业在市场上抢得先机。

　　2.人机对话

　　人机对话意味着自动化程度的提高，同时也给我们带来了效率和效益。人机对话是“指令”和“传感”的交流，它的发展依赖于传感技术的发展。目前在焊接机器人工作站上，已经有越来越多的各种传感器得到使用，比如，借助电流检出装置，可以实现焊接过程的跟踪；利用视觉传感器，可以实现焊缝位置的检测。

　　3.在中国的应用特点

　　（1）我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等行业。汽车是焊接机器人的大用户，也是早的用户，汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76%。在汽车行业中，点焊机器人与弧焊机器人的比例为3：2，而其他行业大都是以弧焊机器人为主。

　　（2）20世纪90年代以来，先进技术、生产设备及工艺装备的引进使我国的汽车制造水平讯速提高到规模化生产，国外焊接机器人大量进入中国。

　　（3）我国的焊接装备水平、前后道工序设备的制造水平及系统集成能力与国外仍然存在很大差距，这直接制约了机器人在国内其它行业的发展。

　　（4）大家对机器人的理解还远远不够，一些人对它要求太高，片面认为无论什么产品，它都可以进行焊接。机器人使用的好坏代表一个企业的制造水平，因此，企业提高从制造水平才能满足机器人焊接的生产要求。

焊接机器人的应用技术分析

　　1.机器人与焊接设备共同发展

　　焊接机器人应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合，焊接机器人能否在实际生产中得到应用，发挥其优越性，取决于这几方面技术的共同提高，而系统工程技术是机器人技术和焊接技术的粘合剂。以安川电机的MOTOMAN机器人为例，过去几代机器人的发展都是围绕焊接设备完成多项焊接专用功能的开发，如焊接参数的渐变调节功能、TIG焊接时利用摆焊同步技术进行的断续填丝焊接功能、弧焊传感器（电弧跟踪）功能及焊接实时监控功能等，都是焊接工艺的需求促使下的开发。

　　同样地，焊接设备制造商为了实现机器人自动化焊接，在焊接电源的设计上也做了许多改进，如、机器人可检出焊缝位置使用的高电压，焊接电源做到了内置；与机器人的通信接口方面，现在许多焊机制造商都采用了方便快捷的通信接口。

　　2.焊接机器人在提高生产效率方面的应用

　　（1）提高精度，确保高速焊接

　　企业在生产中应用机器人意味着追求高效率、高焊接质量，因此各机器人厂家都在焊接速度上寻求突破，而机器人在轨迹控制上的高精度是高速焊接的可靠保证。

　　MOTOMAN机器人在新一代控制器NX100中，应用ARM（AdvancedRobotMotion）控制技术将各轴的惯性矩、重力矩、机器人安装位置等因素纳入运动控制计算，大大提高了运动轨迹的精度。如，在焊接工作站中，我们会遇到各种机器人安装形式（如图1a），在每种安装方式中，机器人各轴所受的重力矩各不相同，我们只要在ARM控制中正确地设置机器人对地面的角度（如图1b），就会克服各种安装方式对轨迹精度造成的不利影响。

焊接机器人

　　（2）双机协调焊接功能

　　有时我们会遇到长形工件，焊缝分布在工件的两端，若采用1台机器人进行焊接，会出现因两端不同时焊接而造成焊接变形不一致，从而使工件在长度方向上扭转变形，焊接后的工件难以符合尺寸要求。针对这种类型的工件，我们常采用2台机器人同时协调焊接的方式，这就促生了两台机器人双机协调焊接技术。在汽车后桥和消声器的焊接中，经常会使用到该项技术。

　　2台机器人对应1个由机器人外部轴驱动的变位机，在变位机顺长摆放的工件上有两个镜像对称的部件，两条相似的环焊缝需要两台机器人在变位机旋转的同时实现同步协调焊接，通过这种方式可以将焊接生产的效率提高1倍。

　　（3）点焊机器人的优势

　　如果说弧焊机器人的使用大大提高了焊接质量的稳定性和焊接效率，点焊机器人则具有更多的优势，带来的经济效益也更加可观，主要体现在：

　　a.机器人点焊时，大多采用钳体与变压器一体化方式，变压器的容量可以减小到1/3～1/4，节约了能源，并且极大地减轻了操作者繁重的体力劳动。

　　b.点焊机器人有更多的控制方式控制焊钳压力和焊接条件的自动切换，针对不同打点位置可轻松实现独特的焊接时序，大大提高了打点质量，避免了焊点漏打、多打及位置不准确等问题。

　　c.点焊机器人在打点效率上的优势明显，可提高效率8~10倍。我们的一个上海的客户，设备临时出现故障，由于当时工期紧，他们临时采用手工来点焊同样的工件，结果4把手工焊钳在两个轮班只能生产40件，而机器人正常生产时，在一个轮班就能完成90件左右。

　　d.点焊机器人可以使用机器人的一些技术进一步对焊接时序进行控制，使焊接效率和焊接质量进一步提高。如，电动焊钳在机器人上的使用不仅仅是加压方式的改变，其优势更体现在机器人对它的行程的控制方面：①可以根据焊点的位置实现理想的行程；②焊接过程中可以分段控制焊钳压力；③可以控制焊接条件输出的时间节点；④可以运用间隙示教功能灵活选择上电极示教、下电极示教方式，大大缩短了示教时间。

焊接机器人

　　此外，焊接机器人的实用功能还有很多，并已经过实践的检验，为提高焊接生产效率和焊接质量带来了明显的效果。同时，每个机器人厂家对各种功能的开发也各有特点，可以说，在这个舞台上，各种各样的先进技术始终在不断涌现，异彩纷呈。

　　焊接机器人生产中的质量控制

　　焊接机器人的先进技术为我们提供了很好的生产工具，但这并不意味着我们一定可以实现高质量的焊接生产。焊接机器人应用技术是一个系统工程，通过近10年的工作经验总结，我觉得以下几个方面的工作不容忽视：

　　1.建立并培养一个具有机器人技术素养的队伍

　　焊接机器人工程是机电一体化技术的浓缩，其中包含了机器人技术、自动化控制技术、焊接技术等。期望一个企业培养的技术人才是不现实的，但是焊接机器人的应用状况又确实与这些人的技术素养相关。所以，我认为机器人用户可以建立一个服务于机器人应用的队伍，在这个队伍中，可以分为机器人设备及应用技术管理、焊接工艺和机器人作业程序调试及现场生产操作等几类人员，各司其职，各负其责。

　　（1）机器人设备及应用技术管理人员主要负责机器人系统设备的维护及管理、机器人应用技术的开发和利用，以挖掘机器人的大工作能力为目的。

　　（2）焊接工艺和机器人作业程序调试人员主要负责机器人作业程序的管理工作，焊接机器人应用的目的是为焊接生产服务，焊接工艺员对焊接品质的把握是机器人焊接质量的关键所在，他的职责是让机器人成为他得心应手的工具，把他的焊接思路完整地传达给机器人。

　　（3）现场生产操作人员的主要工作虽然是装卸工件，但仅有这些是不够的，要有自己的判断能力，并且能够将焊接机器人工作过程中的表现准确及时地反馈给机器人设备及应用技术管理人员，包括焊接工艺和机器人作业程序调试人员，这样有利于设备一旦出现故障时立即做出准确判断，制订故障解决方案，为恢复生产抢得时间。

　　2.质量控制的管理

　　有了服务于焊接机器人的技术队伍，就要在设备操作规程上进行严格的管理，这样不仅可以减少机器人的误工率，也可以保证焊接质量。我们知道，机器人的作业特点就是反复地再现一个操作流程，如果操作流程没有出现失误，即可得到一批同样高质量的产品。反之，如果操作流程中出现了一个哪怕是很小的失误，而且没有及时发现，就会得到一批同样低质量的次品，甚至是废品。

　　3.质量控制设备的应用

　　与焊接机器人应用相配套的质量控制设备也在不断发展，主要体现在以下几个方面：

　　（1）机器人自身的质量控制及焊接管理的功能已经非常完善，如，焊接保护气流量的监控、导电嘴更换时间间隔的管理等。

　　（2）焊接夹具上，工件的检测、判断等传感器的使用在很大程度上保证了工件安装定位的准确性。

　　（3）专用控制设备的使用更进一步加强了焊接过程的质量控制。如，弧机器人焊接过程中的电流电压监控、送丝速度监控，点焊机器人的实时打点电流及时长的监控等。

　　焊接机器人在机器人的用途中一直占据着主导地位，尽管近年来在国内得到了迅速发展，但在世界范围内来看，它的应用还处于发展上升期，我们要做的工作还很多。如何引进国外成熟的机器人应用技术为我们所用，如何在焊接质量控制上与国外接轨，如何培养国内的焊接机器人市场等一系列问题都等待着我们进一步努力。

焊接机器人