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。機(jī)器人所采用材料開始轉(zhuǎn)向鋁、不銹鋼、高強(qiáng)鋼，所使用的板材也越來越薄。過去，由于國內(nèi)缺乏專業(yè)技術(shù)人才，對(duì)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。

　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(duì)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(duì)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(duì)縮短。機(jī)器人沒有疲勞，一天可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，另外隨著高速焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機(jī)器人焊接，效率提高的更加明顯。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)。

　2.人機(jī)對(duì)話

　　人機(jī)對(duì)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(duì)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。（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(duì)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。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；利用視覺傳感器，可以實(shí)現(xiàn)焊縫位置的檢測。

焊接傳感器

焊接機(jī)器人由示教再現(xiàn)型向智能型發(fā)展， 增強(qiáng)其柔性和適應(yīng)性， 傳感器是必不可少的。對(duì)于自主焊接來說， 傳感器感知外部環(huán)境的變化通知機(jī)器人，機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)， 以適應(yīng)環(huán)境的變化這一點(diǎn)對(duì)于焊接來說尤為重要。隨著智能制造計(jì)劃的推進(jìn)，工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)飛速發(fā)展。在實(shí)際焊接過程中， 焊接條件是經(jīng)常變化的， 如加工和裝配上的誤差會(huì)造成焊縫位置和尺寸的變化， 焊接過程中工件受熱及散熱條件改變會(huì)造成焊道變形和熔透不均。為了克服機(jī)器人焊接過程中各種不確定性因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響， 需提高機(jī)器人作業(yè)的智能化水平和工作的可靠性， 要求弧焊機(jī)器人系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)空間焊縫的自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤， 而且還能實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的在線檢測、 調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制。目前， 應(yīng)用比較成熟的傳感器主要是焊縫跟蹤傳感器， 主要有電弧跟蹤和激光跟蹤兩大類， 分別如圖所示。

電弧跟蹤傳感優(yōu)點(diǎn)是簡單， 不用附加另外的傳感裝置， 但它只適用于熔化極焊接場合。目前很多商用機(jī)器人已具有電弧跟蹤傳感功能。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。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。由激光二極管發(fā)射的激光束入射到工件表面， 經(jīng)金屬表面反射， 由 CCD 攝像機(jī)接收成像?？梢钥吹?， 當(dāng)工件位置不同時(shí)， 激光光斑成像在 CCD 上的位置是不同的。如果已知激光入射角度， 通過圖像上的光斑位置， 就可以計(jì)算出工件上點(diǎn)的三維信息。除了這種點(diǎn)式激光光源， 目前更多的焊縫激光傳感器采用激光條紋作為光源。加拿大Servorobot 和英國 meta 公司已有商業(yè)化的產(chǎn)品出售。這類專業(yè)的激光焊縫跟蹤傳感器的售價(jià)一般在20 萬元以上， 比機(jī)器人本體還要昂貴。傳感結(jié)果通過數(shù)據(jù)接口傳輸給機(jī)器人控制， 由控制器發(fā)出指令對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

焊接機(jī)器人將是未來重工業(yè)的底層

焊接機(jī)器人技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，它能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序同時(shí)控制焊接端的動(dòng)作和焊接過程，在不同的場合可以進(jìn)行重新編程。其應(yīng)用目的在于提高焊接生產(chǎn)率，提高質(zhì)量穩(wěn)定性和降低成本。

焊接機(jī)器人幾個(gè)趨勢和技術(shù)

1、機(jī)器人性能價(jià)格比： 機(jī)器人性能不斷提高(高速度、、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格 不斷下降。由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。

2、多智能體調(diào)控技術(shù)： 這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的 通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。

3、虛擬機(jī)器人技術(shù)： 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器 人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人?；诙鄠鞲衅?、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場感技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。

由于所設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人是在準(zhǔn)平面、空間狹窄的環(huán)境下工作，為了保證機(jī)器人能根據(jù)電弧傳感器的偏差信息，跟蹤焊縫自動(dòng)焊接，要求所設(shè)計(jì)的機(jī)器人應(yīng)該結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)靈活且工作穩(wěn)定．文中針對(duì)狹窄空間特點(diǎn)，開發(fā)了一種小型移動(dòng)焊接機(jī)器人，根據(jù)機(jī)器人各結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，把機(jī)器人機(jī)構(gòu)分為輪式移動(dòng)平臺(tái)、焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和電弧傳感器三部分。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%。其中，輪式移動(dòng)平臺(tái)由于其慣性大，響應(yīng)慢，主要對(duì)焊縫進(jìn)行粗跟蹤，焊炬調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)焊縫跟蹤，電弧傳感器完成焊縫偏差實(shí)時(shí)識(shí)別．另外，機(jī)器人控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成安裝于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)上，使其體積更小。同時(shí)，為了減少惡劣焊接環(huán)境下粉塵對(duì)運(yùn)動(dòng)部件影響，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，提高其系統(tǒng)可靠性[1]。