焊接機(jī)器人在汽車焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

常亮+張偉彬

[摘 要]在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技迅速發(fā)展的過程中，日趨完善的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人工智能理論的發(fā)展背景下，焊接機(jī)器人在汽車焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用將更加的廣泛，對(duì)于未來汽車行業(yè)的發(fā)展也具有至關(guān)重要的作用。本文將簡(jiǎn)要分析，焊接機(jī)器人在汽車焊裝領(lǐng)域中的應(yīng)用方面的內(nèi)容，旨在更好的促進(jìn)焊接機(jī)器人在汽車寒焊裝應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]焊接機(jī)器人；汽車焊裝領(lǐng)域；應(yīng)用及類型

中圖分類號(hào)：U468.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）10-0060-01

1 焊接機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，雖然我國(guó)焊接機(jī)器人的發(fā)展勢(shì)頭很快，但是整體水平和增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，與國(guó)外還有一定的差距，同時(shí)我國(guó)的勞動(dòng)力成本低廉也限制了焊接機(jī)器人應(yīng)用程度的提高。因此一方面必須通過引進(jìn)、消化和吸收一些現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，盡快縮短與國(guó)外的差距。另一方面應(yīng)該大力發(fā)展自有民族品牌的焊接機(jī)器人，提高我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際上的地位。

2 現(xiàn)階段焊裝機(jī)器人的類型及主要應(yīng)用

現(xiàn)階段隨著汽車產(chǎn)能的提升，機(jī)器人在焊接車間的應(yīng)用不只是單純的做焊接功能，車型種類的增加和節(jié)拍的提升使得機(jī)器人在物流、弧焊、焊點(diǎn)檢測(cè)、滾邊等方面都得到了應(yīng)用。

在典型的焊接車間，機(jī)器人類型一般分為以下幾類。

2.1 焊接機(jī)器人

在焊裝車間常用的焊接機(jī)器人主要包括，電焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人及激光焊接機(jī)器人，其中點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用在80%以上。

焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。機(jī)器人由機(jī)器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點(diǎn)焊為例，則由焊接電源，（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機(jī)（弧焊）、焊鉗等部分組成。對(duì)于智能機(jī)器人還應(yīng)有傳感系統(tǒng)，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

點(diǎn)焊對(duì)焊接機(jī)器人的要求不是很高。因?yàn)辄c(diǎn)焊只需點(diǎn)位控制，焊鉗在點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求，機(jī)器人能最早只能用于點(diǎn)焊這位為原因之一。點(diǎn)焊用機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移位的時(shí)間，提高工作效率。

點(diǎn)焊機(jī)器人需要有多大的負(fù)載能力，取決于所用的焊鉗形式。對(duì)于用與變壓器分離的焊鉗，30～45kg負(fù)載的機(jī)器人就足夠了。但是，這種焊鉗一方面由于二次電纜線長(zhǎng)，電能損耗大，也不利于機(jī)器人將焊鉗伸入工件內(nèi)部焊接；另一方面電纜線隨機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而不停擺動(dòng)，電纜的損壞較快。因此，目前逐漸增多采用一體式焊鉗。這種焊鉗連同變壓器質(zhì)量在70～100kg左右?？紤]到機(jī)器人要有足夠的負(fù)載能力，能以較大的加速度將焊鉗送到空間位置進(jìn)行焊接，一般都選用100～50kg負(fù)載的重型機(jī)器人。為了適應(yīng)連續(xù)點(diǎn)焊時(shí)焊鉗短距離快速移位的要求。新的重型機(jī)器人增加了可在0.3s內(nèi)完成50mm位移的功能。這對(duì)電機(jī)的性能，微機(jī)的運(yùn)算速度和算法都提出更高的要求。

弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG，通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口。近年來，國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播入相應(yīng)的接口板。應(yīng)該指出，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應(yīng)按持續(xù)率100%來確定電源的容量。

激光焊接機(jī)器人，有時(shí)也用作激光切割、修邊等，這類機(jī)器人重復(fù)定位精度較高。激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)中還包含有吸塵器，以減少激光灼燒給環(huán)境帶來的污染。常用的機(jī)器人有KukaKR30HA和ABBIRB140其重復(fù)定位精度均可以做到0.03mm。

2.2 搬運(yùn)機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)器人在焊接車間的應(yīng)用，主要集中在上件。一些小件的上件可采用一些特殊的工裝和焊接機(jī)器人綁定一起應(yīng)用。也有一些應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)定位的點(diǎn)的要求較高，作業(yè)區(qū)間較小，這樣的場(chǎng)所可采用機(jī)器人將車身整體抱起。該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)未考慮搬運(yùn)機(jī)器人，采取了人工上件的方式，整車的交接工位采用了設(shè)備移栽方式。

2.3 測(cè)量機(jī)器人

測(cè)量機(jī)器人的對(duì)精度的要求較高，焊接完成后的車身通過骨架精度要求的偏差都是毫米級(jí)，在測(cè)量機(jī)器人的選型中要求為士0.07mm的重復(fù)定位精度。

選型方面由于測(cè)頭的重量很小，在10kg左右。但是，車身精度的測(cè)量很多測(cè)量點(diǎn)都在白車身內(nèi)側(cè)，因此要求機(jī)器人具備較長(zhǎng)的臂展長(zhǎng)度。在公司的機(jī)器人選型時(shí)臂展長(zhǎng)度達(dá)到了3.2米。

2.4 滾邊機(jī)器人

滾邊機(jī)器人的定位精度要求也很高，其主要的設(shè)計(jì)難度在滾邊頭。法蘭盤部位負(fù)責(zé)與機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械對(duì)接，在法蘭盤與機(jī)器人對(duì)接的中件增加了緩沖器，在ABB的設(shè)計(jì)中緩沖器一般采用氣動(dòng)方式，國(guó)產(chǎn)自主的也有采用機(jī)械彈簧裝置的。緩沖器的主要作用是吸收滾壓過程中的應(yīng)力。滾邊頭設(shè)計(jì)三組在不同的位置要采取不同的滾邊頭。但由于滾邊頭的體積較小，滾壓過程的壓力較大，因此對(duì)機(jī)器人的要求主要集中在機(jī)器人的6軸的旋轉(zhuǎn)和扭矩。

通長(zhǎng)的滾邊頭分為三部分，分別為錐形頭、T行頭及圓柱頭，通過三種滾邊頭的協(xié)調(diào)完成滾邊工作。滾邊的機(jī)器人選型主要考慮根據(jù)生產(chǎn)線的綱領(lǐng)要求配置機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度。

2.5 移動(dòng)定位裝置

移動(dòng)式定位裝置，又稱為三軸機(jī)器人，是近年來為了滿足多車型公用定位點(diǎn)所采用的新產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)在不同車型切換時(shí)，定位點(diǎn)隨著車型的切換而變化。由于目前的車身定位點(diǎn)越來越多，而同一種生產(chǎn)線要滿足不同的車型制造，在不同的車型之間移動(dòng)定位單元可以根據(jù)車型信息在一定范圍內(nèi)調(diào)整定位的位置。

結(jié)束語

為了今后更好的促進(jìn)焊接機(jī)器人在汽車焊接領(lǐng)域的發(fā)展，我們應(yīng)該重點(diǎn)探究焊接機(jī)器人的視覺控制技術(shù)、智能化控制技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等問題，這會(huì)極大的促進(jìn)焊接機(jī)器人工作效率的提高。

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