焊接機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用

焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術(shù)的共同提高，而系統(tǒng)工程技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)和焊接技術(shù)的粘合劑。目前，焊接工藝正以驚人的發(fā)展速度成為工業(yè)生產(chǎn)中的主流工藝，而焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率是任何企業(yè)都不能忽視的問題，因而焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用勢在必行。過去，由于國內(nèi)缺乏專業(yè)技術(shù)人才，對機(jī)器人的應(yīng)用缺乏深層次的開發(fā)和利用，使它的利用效率遠(yuǎn)沒有很好地體現(xiàn)出來。如今，這種狀況正在迅速地改變。國外工業(yè)機(jī)器人是個(gè)非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，而且在實(shí)際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而我國則處于一種單件小批量的生產(chǎn)狀態(tài)。

　機(jī)器人的特點(diǎn)

　　1.柔性

　　機(jī)器人是數(shù)控立體作業(yè)機(jī)床，具有六個(gè)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)焊槍位置的可達(dá)性，還可以實(shí)現(xiàn)焊槍的角度變化。雖然它的精度不能與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，但對于焊接生產(chǎn)而言，機(jī)器人的重復(fù)定位精度已完成能夠勝任。

從經(jīng)營角度看，設(shè)備的購入與產(chǎn)出平衡對企業(yè)來說非常重要，加之市場的影響，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期相對縮短。如果采用焊接專機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)，在產(chǎn)品換型時(shí)，焊接專機(jī)很難快速地適應(yīng)產(chǎn)品的變化，從而阻礙了新產(chǎn)品的推出速度，這種延誤極有可能嚴(yán)重影響企業(yè)的快速發(fā)展。采用機(jī)器人進(jìn)行焊接生產(chǎn)，企業(yè)只需編制一個(gè)新程序即可實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的投產(chǎn)，可使企業(yè)在市場上搶得先機(jī)。例如MOTOMAN的機(jī)器人控制柜NX100可控制4臺(tái)弧焊機(jī)器人同時(shí)作業(yè)，使生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。

　2.人機(jī)對話

　　人機(jī)對話意味著自動(dòng)化程度的提高，同時(shí)也給我們帶來了效率和效益。人機(jī)對話是“指令”和“傳感”的交流，它的發(fā)展依賴于傳感技術(shù)的發(fā)展。目前在焊接機(jī)器人工作站上，已經(jīng)有越來越多的各種傳感器得到使用，比如，借助電流檢出裝置，可以實(shí)現(xiàn)焊接過程的跟蹤；激光跟蹤傳感由于其優(yōu)越的性能，已成為有前途、發(fā)展快的焊接傳感器。利用視覺傳感器，可以實(shí)現(xiàn)焊縫位置的檢測。

焊接機(jī)器人在提高生產(chǎn)效率方面的應(yīng)用

　?。?）提，確保高速焊接

　　企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人意味著追求、高焊接質(zhì)量，因此各機(jī)器人廠家都在焊接速度上尋求突破，而機(jī)器人在軌跡控制上的是高速焊接的可靠保證。

　　MOTOMAN機(jī)器人在新一代控制器NX100中，應(yīng)用ARM（AdvancedRobotMotion）控制技術(shù)將各軸的慣性矩、重力矩、機(jī)器人安裝位置等因素納入運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算，大大提高了運(yùn)動(dòng)軌跡的精度。如，在焊接工作站中，我們會(huì)遇到各種機(jī)器人安裝形式（如圖1a），在每種安裝方式中，機(jī)器人各軸所受的重力矩各不相同，我們只要在ARM控制中正確地設(shè)置機(jī)器人對地面的角度（如圖1b），就會(huì)克服各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。在國內(nèi)市場發(fā)展的推動(dòng)下，以及對機(jī)器人技術(shù)研究的技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，863主題專家組及時(shí)對主攻方向進(jìn)行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，提出了以應(yīng)用帶動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針，以后又列入國家“八五”和“九五”中。

（2）雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接功能

　　有時(shí)我們會(huì)遇到長形工件，焊縫分布在工件的兩端，若采用1臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行焊接，會(huì)出現(xiàn)因兩端不同時(shí)焊接而造成焊接變形不一致，從而使工件在長度方向上扭轉(zhuǎn)變形，焊接后的工件難以符合尺寸要求。針對這種類型的工件，我們常采用2臺(tái)機(jī)器人同時(shí)協(xié)調(diào)焊接的方式，這就促生了兩臺(tái)機(jī)器人雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接技術(shù)。在汽車后橋和消聲器的焊接中，經(jīng)常會(huì)使用到該項(xiàng)技術(shù)。（2）焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試人員主要負(fù)責(zé)機(jī)器人作業(yè)程序的管理工作，焊接機(jī)器人應(yīng)用的目的是為焊接生產(chǎn)服務(wù)，焊接工藝員對焊接品質(zhì)的把握是機(jī)器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵所在，他的職責(zé)是讓機(jī)器人成為他得心應(yīng)手的工具，把他的焊接思路完整地傳達(dá)給機(jī)器人。

焊接是高速列車制造過程中和基本的工藝方法。隨著列車高速化和輕量化， 各部件的服役環(huán)境惡化， 對車體和轉(zhuǎn)向架的焊接技術(shù)提出了更高的要求。采用焊接機(jī)器人工作站或自動(dòng)焊接專機(jī)是提高和穩(wěn)定焊接質(zhì)量的重要途徑， 而且隨著勞動(dòng)力成本的提高， 機(jī)器人焊接的成本優(yōu)勢越來越明顯。焊接機(jī)器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制焊接機(jī)器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具，但這并不意味著我們一定可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。

《智能制造科技發(fā)展 “十二五” 專項(xiàng)規(guī)劃》 指出：“中國已是世界第二大經(jīng)濟(jì)體和制造業(yè)大國， 但自主創(chuàng)新能力薄弱、 先進(jìn)裝備貿(mào)易逆差嚴(yán)重、 裝備與智能裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口， 嚴(yán)重制約我國制造產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。而智能制造技術(shù)是世界制造業(yè)未來發(fā)展的重要方向之一” 。近年來， 我國高速鐵路和高速列車發(fā)展迅猛， 獲得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。但是， 我國高速列車制造過程與國外高速列車生產(chǎn)現(xiàn)狀還有一定差距， 行業(yè)中的裝備和智能裝備依賴進(jìn)口。走智能制造的道路也是我國未來高速列車制造業(yè)發(fā)展的趨勢。汽車是焊接機(jī)器人的用戶，也是早的用戶，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%。

智能制造終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) “設(shè)計(jì)過程、 制造過程和制造裝備智能化”， 包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)字化，制造過程中的傳感信息化和網(wǎng)絡(luò)化， 制造裝備的數(shù)字化和智能化。其中， 制造裝備的智能化是實(shí)現(xiàn)整體制造智能化的前提和基礎(chǔ)。在所有的智能化制造裝備中， 機(jī)器人無疑是柔性制造自動(dòng)化的集中體現(xiàn)。而在高速列車的生產(chǎn)中， 焊接又占據(jù)了相當(dāng)大的比重， 焊接機(jī)器人必然在高速列車智能制造中發(fā)揮重要作用。本文在分析焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，給出其在高速列車制造行業(yè)中的應(yīng)用前景。實(shí)際上，近年來我國每年新裝機(jī)器人的臺(tái)套數(shù)都在以50％/年的速度在增長。

激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm為熱傳導(dǎo)焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；我們的一個(gè)上海的客戶，設(shè)備臨時(shí)出現(xiàn)故障，由于當(dāng)時(shí)工期緊，他們臨時(shí)采用手工來點(diǎn)焊同樣的工件，結(jié)果4把手工焊鉗在兩個(gè)輪班只能生產(chǎn)40件，而機(jī)器人正常生產(chǎn)時(shí)，在一個(gè)輪班就能完成90件左右。功率密度大于10~10 W/cm時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。

激光焊接技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來了重大提升，更是家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。