自動(dòng)焊接技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

紀(jì)景周 明碩

摘要：近年來(lái)，焊接機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用，在焊縫跟蹤、信息傳感、智能控制等方面都取得了突出的成果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)和人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域還有很多等待我們?nèi)フJ(rèn)真研究的問(wèn)題，特別是焊接機(jī)器人的視覺(jué)控制技術(shù)、智能化控制技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等方面將是未來(lái)研究的主要方向。

關(guān)鍵詞：焊機(jī)機(jī)器人;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

1 焊接機(jī)器人的分類(lèi)

1.1弧焊機(jī)器人

弧焊機(jī)器人不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的操作運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是包括各種電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng)，因此，它的性能有特殊要求。在電弧焊接中，火炬尖端應(yīng)珠沿預(yù)定軌跡，并且連續(xù)地形成焊縫填充金屬。

1.2 點(diǎn)焊機(jī)器人

汽車(chē)工業(yè)是一個(gè)重大的點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用，在該組件中的每個(gè)車(chē)體，當(dāng)身體中，焊料接頭的約60%是由機(jī)器人完成。點(diǎn)焊機(jī)器人逐漸需要有更好的工作性能，主要有：1）與點(diǎn)焊機(jī)的接口通訊功能;2）工作空間大;3）點(diǎn)焊速度與生產(chǎn)線(xiàn)速度相匹配，快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位（大約每0.3―0.4s移動(dòng)30―50mm且準(zhǔn)確定位）;4）持重大（50―100kg），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗;5）定位準(zhǔn)確，精度約±0.25mm，以確保焊接質(zhì)量。

1.3 焊接機(jī)器人使用其分類(lèi)方法的不同軌跡

按下電源驅(qū)動(dòng)方法的不同點(diǎn)，每個(gè)焊接機(jī)器人以下幾類(lèi)：1）氣壓驅(qū)動(dòng)。壓力0.4-1.0MPa。其主要優(yōu)點(diǎn)是氣動(dòng)氣方便，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有圓筒型，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維護(hù)方便的緩沖作用;主要的缺點(diǎn)是該裝置的尺寸大，定位精度不高;2）液壓驅(qū)動(dòng)。電能質(zhì)量液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，既快又好，而且速度液壓驅(qū)動(dòng)的大，傳動(dòng)平穩(wěn)，高效率的內(nèi)在比較簡(jiǎn)單，通過(guò)閥門(mén)無(wú)級(jí)變速在很寬的范圍內(nèi)流動(dòng);其主要缺點(diǎn)是我們需要泵液壓站，易漏油，這不僅影響穩(wěn)定性和定位精度，而且還污染環(huán)境;3）電氣驅(qū)動(dòng)。電驅(qū)動(dòng)是利用由馬達(dá)或多種轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的力，無(wú)論是直接或通過(guò)減速機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，以獲得所需的機(jī)器人動(dòng)作。由于電驅(qū)動(dòng)器是容易控制的精度高的運(yùn)動(dòng)，使用方便，成本低，效率高的車(chē)程，不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，是最常見(jiàn)的，大部分應(yīng)用為導(dǎo)向的方法。目前生產(chǎn)的機(jī)器人大都采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2 我國(guó)焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)幾年的摸索實(shí)踐，進(jìn)入90年代初期以來(lái)進(jìn)臼焊接機(jī)器人的大多數(shù)廠(chǎng)家基本上注意到了這些問(wèn)題，大都隨機(jī)器人本體購(gòu)置了比較完善了的外圍設(shè)備，如變位機(jī)、移動(dòng)回轉(zhuǎn)裝置以及部分傳感系統(tǒng)，并注意到購(gòu)進(jìn)后與廠(chǎng)商維持技術(shù)服務(wù)、人員培一訓(xùn)、管理方法等基本環(huán)節(jié)。同時(shí)開(kāi)展與國(guó)內(nèi)科研院、所及高等院校的技術(shù)合作，委托或配合進(jìn)行焊接機(jī)器人外圍設(shè)備的功能開(kāi)發(fā)、軟件編程等工作，使得近年來(lái)的焊接機(jī)器人應(yīng)用具有一定的成效和積極影響。

焊接機(jī)器人系統(tǒng)的操作編程開(kāi)發(fā)。這里主要是指對(duì)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的操作性與離線(xiàn)編程功能的開(kāi)發(fā)。大部分應(yīng)用單位都已注意到熟練操作焊接機(jī)器人并盡可能地通過(guò)軟件編程開(kāi)發(fā)其功能的重要性。對(duì)于初次引進(jìn)焊接機(jī)器人的單位，進(jìn)行這項(xiàng)工作的實(shí)際而有效的途徑是首先要充分利用制造廠(chǎng)商的售后技術(shù)服務(wù)，抓住本單位操作技術(shù)人員的培訓(xùn)環(huán)節(jié)，仔細(xì)研讀隨機(jī)技術(shù)文件，熟練實(shí)際操作。

3 焊接機(jī)器人的最新應(yīng)用技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)融合在一起構(gòu)成了焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，這幾項(xiàng)技術(shù)的融合程度決定了焊接機(jī)器人在在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用程度及其特性的發(fā)揮程度。目前，焊接機(jī)器人技術(shù)研究主要集中在焊縫軌跡的跟蹤技術(shù)、多個(gè)機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)、專(zhuān)用弧焊電源技術(shù)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)、機(jī)器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術(shù)、離線(xiàn)編程與路徑規(guī)劃技術(shù)等。另外，最新的焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)包括伺服焊鉗技術(shù)、雙絲焊接技術(shù)、激光/電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)和電源融合技術(shù)等。

3.1 伺服焊接技術(shù)

點(diǎn)焊機(jī)器人焊鉗按電極臂加壓驅(qū)動(dòng)方式可分為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)兩類(lèi)。伺服驅(qū)動(dòng)采用伺服電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，完成焊鉗的張開(kāi)與閉合，張開(kāi)度可根據(jù)實(shí)際焊接需要任意選定并預(yù)置，電極間的壓緊力也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)。伺服驅(qū)動(dòng)可提高焊接工件表面的質(zhì)量及生產(chǎn)率，也可改善工作環(huán)境?？傊?，點(diǎn)焊機(jī)器人伺服焊鉗是焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 雙絲焊接技術(shù)

焊接薄板時(shí)采用雙絲焊接技術(shù)可顯著提高焊接速度，焊接厚板時(shí)可提高熔敷效率。采用雙絲焊接技術(shù)，在熔敷效率增加時(shí)，可保持較低的熱輸入，且熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低。

3.3 激光/電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)和氣體保護(hù)焊接技術(shù)兩種焊接熱源同時(shí)作用于一個(gè)焊接熔池的技術(shù)成為激光/電弧復(fù)合熱源技術(shù)。這種焊接技術(shù)對(duì)工件的裝配間隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊縫更加致密，同時(shí)還能提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度，提高焊接速度和焊縫熔深，具有熱影響區(qū)小，變形低，消除起弧時(shí)的不良缺陷等優(yōu)點(diǎn)[2]。

3.4 電源融合技術(shù)

電源融合技術(shù)是將焊接機(jī)器人的焊接設(shè)備的電源和機(jī)器人的電源相融合，改善傳統(tǒng)焊接機(jī)器人焊接焊接設(shè)備與機(jī)器人之間數(shù)據(jù)交換量有限的缺點(diǎn)。目前，日本松下的TAWERS焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人與高性能焊接電源的完美結(jié)合，采用全軟件高速波形控制技術(shù)，可控制焊接熱輸入，實(shí)現(xiàn)焊接飛濺極小化，非常適合于高速焊接。

3.5 焊接機(jī)器人在高職高專(zhuān)焊接機(jī)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

高職高專(zhuān)院校教育對(duì)接市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將成為高職高專(zhuān)院校機(jī)電類(lèi)、自動(dòng)控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)的新型發(fā)展方向。焊接機(jī)器人實(shí)訓(xùn)更是成為焊接技術(shù)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)必備的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。通過(guò)ABB焊接機(jī)器人工作站，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)造和基本操作的教學(xué)，讓學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何搭建焊接機(jī)器人系統(tǒng)和相關(guān)焊接機(jī)器人的維護(hù)與故障排查技能、焊接軌跡在線(xiàn)示教編程、焊接軌跡在線(xiàn)語(yǔ)言編程、焊接軌跡離線(xiàn)編程等，并可配合變位機(jī)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間焊接軌跡的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)基本教學(xué)的基礎(chǔ)上完成更加綜合的教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

焊接機(jī)器人現(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用成效不錯(cuò)，尤其是在汽車(chē)、輪船等制造業(yè)上的應(yīng)用最為廣泛，未來(lái)其在人工智能化的發(fā)展是主要的研究方向，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)功能提高其工作效率對(duì)于人類(lèi)工業(yè)的發(fā)展勢(shì)必又是一個(gè)新突破。

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