焊接機器人在汽車零部件生產(chǎn)中的應用

胡博 楊曉棠 王振濤

沈陽來金汽車零部件有限公司

焊接機器人在汽車零部件生產(chǎn)中的應用

胡博 楊曉棠 王振濤

沈陽來金汽車零部件有限公司

在我國汽車行業(yè)中，焊接機器人應用十分廣泛，其中點焊、弧焊接機器人所占比例較大，在汽車零部件行業(yè)主要采用弧焊機器人，這里對弧焊機器人的柔性化應用做以介紹和分析。

焊接機器人 汽車零部件 生產(chǎn)

隨著時代的不斷進步，汽車應用焊接機器人代替人工焊接具有社會發(fā)展的必然性，同時，機器人焊接技術(shù)在汽車工業(yè)中的應用也代表了焊接工藝的一個新的發(fā)展方向。中國汽車工業(yè)使用機器人焊接系統(tǒng)時間不長,應用面還不廣,還有待于在實踐中積累更多經(jīng)驗，所以本作者在此針對焊接機器人在汽車零部件生產(chǎn)中的應用進行了專門的探討，就是為了讓更多同行們參與到探討當中，對汽車制造行業(yè)的焊接機器人應用多分析，多研究，進而達到集思廣益的效果，從而有效推動我國汽車行業(yè)焊接機器人的應用，促進汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

一、焊接機器人類型分析

在汽車焊接生產(chǎn)線中，常用的機器人類型有專用直角坐標形式的機器人和六自由度機器人。專用直角坐標式機器人有RH、RL、RS三種，它們具有三個自由度，并且可以組合成各種不同功用和性能的焊接結(jié)構(gòu)，RH型的機器人通常直接固定在底板上，對車身的側(cè)面進行焊接；RL型機器人是指具有底面焊接功能的機器人，可以進行傳送，主要完成車身底部的焊接任務；RS型焊接機器人是具有頂面移動功能，主要在生產(chǎn)線的頂部，對汽車的上部和內(nèi)部進行焊接。六自由度機器人是具有較高自由度的高級機器人，有六個控制軸，每個軸都具有180°到360°的旋轉(zhuǎn)角度，操作空間可以實現(xiàn)周向360°，三米多高，不僅具有很大的工作范圍，還可以通過伺服電機控制六個軸的運動，實現(xiàn)點焊或弧焊的精確控制，理論上講，六自由度機器人可以實現(xiàn)全方位的焊接，可以實現(xiàn)對各種車型的前、后、左、右，甚至內(nèi)部進行焊接，所以六自由度機器人是柔性最高的焊接設(shè)備。另外，六自由度機器人具有高精度定位（最高達0.01mm），重復定位準度高，焊接效率高，結(jié)構(gòu)緊湊靈活的優(yōu)點，目前在汽車焊接生產(chǎn)線上應用非常廣泛。

二、焊接機器人主要技術(shù)

1.焊縫跟蹤技術(shù)。焊縫跟蹤技術(shù)就是在焊接過程中，根據(jù)環(huán)境因素的影響，調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量的可靠性。焊縫跟蹤技術(shù)的研究以傳感器技術(shù)與控制理論方法為主，隨著近代模糊數(shù)學和神經(jīng)網(wǎng)絡的出現(xiàn)及在焊縫跟蹤技術(shù)中的應用，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)進入到了一個全新的時代——智能跟蹤的時代。國內(nèi)外很多研究機構(gòu)都對焊縫跟蹤技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，研究和設(shè)計出了很多種較為成熟的焊縫跟蹤系統(tǒng)。

2.離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)。離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)能夠利用規(guī)劃算法，設(shè)置機器人程序，根據(jù)焊接參數(shù)、焊接路徑和軌跡完成焊接任務，其特點是智能化程度高、編程質(zhì)量和效率高，缺點是還不能實現(xiàn)全自動編程。有些工作環(huán)節(jié)單臺焊接機器人完成較為困難，不能充分發(fā)揮其作用，這個時候就需要采用多機器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)。該技術(shù)必須由若干個機器人的合作與協(xié)調(diào)來成。多機器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)涉及面很廣，包括多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、群體行為控制等等，所有機器人在統(tǒng)一的控制下做相應的協(xié)調(diào)運動。隨著工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復雜、動態(tài)和開放的方向發(fā)展，工業(yè)多機器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)將成為研究的熱點。

3.遙控焊接技術(shù)。遙控焊接技術(shù)是指焊接機器人在一些危險、惡劣及特殊的環(huán)境中工作，而人在離開現(xiàn)場的安全環(huán)境中對焊接機器人的操作進行遠程監(jiān)視和控制，從而完成完整的焊接工作，它融合了多學科的知識。在如核輻射區(qū)域設(shè)備維修、深水、有毒、空間站等環(huán)境中應用較為廣泛。遙控焊接技術(shù)可以說是目前最高意義上的焊接自動化、智能化。國外對遙控技術(shù)的研究成果較多，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學也正在進行這方面的研究。目前對焊縫識別和引導主要是通過基于視覺的方法對焊接區(qū)圖像進行采集，將采集到的信號傳送到圖像處理器進行處理，通過運算得出具體數(shù)值，精確引導焊接機器人對焊縫進行焊接。焊接機器人普遍采用氣體保護焊方法，其他還有鎢極氬氣保護焊，等離子弧焊、切割及機器人激光焊等等。但是應用范圍最廣的還是高速、高效氣體保護焊接工藝。

三、機器人在汽車車身焊接生產(chǎn)線中的應用

工件焊接是目前工業(yè)機器人應用最廣的領(lǐng)域。由于汽車制造業(yè)對許多構(gòu)件的焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般焊接工人已難以勝任這一工作。此外，焊接時會隨之產(chǎn)生火花及煙霧等，對人體造成危害，近年來焊接過程的完全自動化已成為重要的研究課題。其中，最為重要的就是要應用焊接機器人替代人工焊接。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)工藝中，各種焊接工藝和過程都可以使用工業(yè)機器人來執(zhí)行，以取代焊接工人的工作。機器人在點焊和弧焊的應用最為廣泛，在其他一些工藝焊接過程中的應用還處在起步或摸索的階段。在汽車生產(chǎn)制造領(lǐng)域，機器人除了在焊接工藝過程中有主要應用之外，還在工件夾持定位中有著廣泛的應用。在實現(xiàn)汽車車身焊接生產(chǎn)的焊裝車間中，要實現(xiàn)車身工件高質(zhì)量的焊接，就要求必須對焊接過程進行準確的控制。一方面要求焊接機器人對焊鉗的姿態(tài)和運動軌跡進行準確控制，另一方面要求各種夾具對待焊接工件進行夾持定位。夾具種類很多，大部分的專用夾具只能用來實現(xiàn)非移動工件的定位，不能實現(xiàn)移動工件的定位，為此需要采用夾持機器人才能實現(xiàn)。為了保證車身的整體焊接質(zhì)量，在車身焊接的過程中或整個焊接工作完成之后，工人需要對車身上的一些重要部位的焊縫進行檢查，又稱焊縫檢測。焊縫位置的多樣性和形狀的復雜性給檢測工作提出了很高的要求。在自動化程度很高的焊裝生產(chǎn)線上，可以使用動作靈活的機器人代替工人攜帶專用的檢測裝置進行焊縫檢測，一般的機械裝置就很難像機器人那樣執(zhí)行這一任務。隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，建立通過少量投資和少量改造就能對汽車進行更新?lián)Q代的焊接生產(chǎn)線是勢在必行的，而在焊接生產(chǎn)線上大量采用機器人是提高汽車焊接生產(chǎn)線柔性的關(guān)鍵所在。

我國目前正處于汽車類型和數(shù)量急劇增長的時期，積極推廣焊接機器人的應用，對我國汽車的迅速發(fā)展具有非常重要的意義。

[1]王維.焊接機器人在汽車焊裝領(lǐng)域中的應用[J].汽車零部件，2016.

[2]占濤.多功能職能機器人系統(tǒng)在汽車零部件焊接線上的應用[J].金屬加工，2015.