焊接機器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制

　　焊接機器人的先進技術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現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。焊接機器人應用技術是一個系統(tǒng)工程，通過近10年的工作經(jīng)驗總結，我覺得以下幾個方面的工作不容忽視：

　　建立并培養(yǎng)一個具有機器人技術素養(yǎng)的隊伍

　　焊接機器人工程是機電一體化技術的濃縮，其中包含了機器人技術、自動化控制技術、焊接技術等。其功能是在焊接過程中自動檢測并自動調(diào)節(jié)焊槍的位置，以便于始終跟隨焊接位置進行焊接，焊槍與工件之間的距離始終保持恒定，從而確保了焊接質(zhì)量，提高了焊接效率并降低了勞動強度。期望一個企業(yè)培養(yǎng)的技術人才是不現(xiàn)實的，但是焊接機器人的應用狀況又確實與這些人的技術素養(yǎng)相關。所以，我認為機器人用戶可以建立一個服務于機器人應用的隊伍，在這個隊伍中，可以分為機器人設備及應用技術管理、焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試及現(xiàn)場生產(chǎn)操作等幾類人員，各司其職，各負其責。

　?。?）機器人設備及應用技術管理人員主要負責機器人系統(tǒng)設備的維護及管理、機器人應用技術的開發(fā)和利用，以挖掘機器人的工作能力為目的。

　?。?）焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試人員主要負責機器人作業(yè)程序的管理工作，焊接機器人應用的目的是為焊接生產(chǎn)服務，焊接工藝員對焊接品質(zhì)的把握是機器人焊接質(zhì)量的關鍵所在，他的職責是讓機器人成為他得心應手的工具，把他的焊接思路完整地傳達給機器人。而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后，焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機器人再移動。

　?。?）現(xiàn)場生產(chǎn)操作人員的主要工作雖然是裝卸工件，但僅有這些是不夠的，還必須要有自己的判斷能力，并且能夠?qū)⒑附訖C器人工作過程中的表現(xiàn)準確及時地反饋給機器人設備及應用技術管理人員，包括焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試人員，這樣有利于設備一旦出現(xiàn)故障時立即做出準確判斷，制訂故障解決方案，為恢復生產(chǎn)搶得時間。點焊機器人的焊鉗，用電伺服點焊鉗，焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅(qū)動，碼盤反饋，使焊鉗的張開度可以根據(jù)實際需要任意選定并預置，而且電極間的壓緊力也可以無級調(diào)節(jié)。

焊接傳感器

焊接機器人由示教再現(xiàn)型向智能型發(fā)展， 增強其柔性和適應性， 傳感器是必不可少的。對于自主焊接來說， 傳感器感知外部環(huán)境的變化通知機器人，機器人實時調(diào)整工作狀態(tài)， 以適應環(huán)境的變化這一點對于焊接來說尤為重要。對于機器人的用戶—-汽車白車身生產(chǎn)廠來說，目前幾乎所有的裝備都來從國外引進，國產(chǎn)機器人幾乎找不到表演的舞臺。在實際焊接過程中， 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造成焊道變形和熔透不均。為了克服機器人焊接過程中各種不確定性因素對焊接質(zhì)量的影響， 需提高機器人作業(yè)的智能化水平和工作的可靠性， 要求弧焊機器人系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)空間焊縫的自動實時跟蹤， 而且還能實現(xiàn)焊接參數(shù)的在線檢測、 調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實時控制。目前， 應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。“一汽”是我國早引進焊接機器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。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 攝像機接收成像。可以看到， 當工件位置不同時， 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， 就可以計算出工件上點的三維信息。除了這種點式激光光源， 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一般在20 萬元以上， 比機器人本體還要昂貴。傳感結果通過數(shù)據(jù)接口傳輸給機器人控制， 由控制器發(fā)出指令對機器人的運動進行調(diào)整。

焊接機器人工作站上使用主要為了實現(xiàn)三類功能

目前， 這類激光傳感器在焊接機器人工作站上使用主要為了實現(xiàn)三類功能：

（ 1 ） 初始焊位引導， 也稱為焊縫搜索或接頭搜索。由于裝配誤差， 可能引起焊縫位置的變化。目前各機器人廠商的控制柜都具有多軸協(xié)調(diào)控制能力，用于多機器人焊接系統(tǒng)，即若干個機器人通過合作與協(xié)調(diào)而完成某一任務。此時如果仍然按照原示教結果進行焊接， 可能會出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象。焊縫搜索是利用一次或多次搜索定位焊縫， 在焊接前平移機器人的編程路徑， 確保焊縫地熔敷在接頭上的過程。用于焊接機器人的焊縫搜索定位系統(tǒng)， 包括點式及條紋式的激光傳感器，適用于不同項目需求。

（ 2 ） 焊接過程中對焊縫實時跟蹤。焊縫跟蹤也稱為接頭跟蹤， 是指在焊接位置前方進行實時跟蹤。如果說弧焊機器人的使用大大提高了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和焊接效率，點焊機器人則具有更多的優(yōu)勢，帶來的經(jīng)濟效益也更加可觀，主要體現(xiàn)在：a。這不僅可以校正機器人或?qū)C的軌跡， 而且可以實現(xiàn)自適應控制， 例如通過調(diào)整電壓、 送絲速度或行走速度來改變焊縫成形。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實時地檢測焊縫三維空間位置和曲面曲率， 并將此信息發(fā)送給機器人控制器， 引導焊槍移動。

（ 3 ） 焊后質(zhì)量檢測。利用激光傳感器的三維信息獲取能力， 可以對焊后的焊縫成形質(zhì)量和缺陷進行檢驗， 發(fā)現(xiàn)成形不良、 咬邊等缺陷。

值得注意的是， 目前一些機器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經(jīng)開始著手研制用于所產(chǎn)機器人的激光焊縫跟蹤傳感器。將來焊縫跟蹤激光傳感器將與焊接機器人協(xié)同工作得更好。在國內(nèi)市場發(fā)展的推動下，以及對機器人技術研究的技術儲備的基礎上，863主題專家組及時對主攻方向進行了調(diào)整和延伸，將工業(yè)機器人及應用工程作為研究開發(fā)重點之一，提出了以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發(fā)展方針，以后又列入國家“八五”和“九五”中。先進的激光焊縫跟蹤傳感器不僅能夠感知被測點的三維位置， 還能夠擬合出工件的曲率， 從而不僅調(diào)節(jié)焊槍位置， 還可以幫助調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)， 如圖 4 所示。這樣在激光焊縫跟蹤傳感器的幫助下， 有可能完全省去示教步驟， 從而大大提高工作效率。目前， 焊縫跟蹤傳感器還是非?；钴S的領域之一， 多條紋激光光源、 錐形激光光源等都有研究和應用。所適用的焊接過程也從原來的單道焊接擴展到多層多道焊的焊縫跟蹤， 對于高反光的鋁合金材料焊接， 也能夠?qū)崿F(xiàn)有效跟蹤。