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(yīng)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(yīng)環(huán)境的變化這一點對于焊接來說尤為重要。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。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機械手，成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接。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(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。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(dāng)工件位置不同時， 激光光斑成像在 CCD 上的位置是不同的。如，在焊接工作站中，我們會遇到各種機器人安裝形式（如圖1a），在每種安裝方式中，機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)置機器人對地面的角度（如圖1b），就會克服各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。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(jié)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。

?焊縫機器的組成及工作原理

焊縫別名焊接，焊縫系統(tǒng)，焊縫設(shè)備等。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。我國開發(fā)工業(yè)機器人晚于美國和日本，起于20世紀70年代，早期是大學(xué)和科研院所的自發(fā)性的研究。在焊接時如果沒有焊縫，焊工就要不斷的觀察焊槍的位置，查看焊槍有沒有偏離焊縫位置，兩者之間的距離有沒有變化，如果發(fā)現(xiàn)偏離焊縫或者焊槍與工件之間的距離發(fā)生變化，那么焊工就需要人工把焊槍再調(diào)節(jié)回去，這樣焊工勞動強度就很大，尤其是在夏天天氣炎熱的情況下，又不能吹電風(fēng)扇，這些惡劣的條件更增加了焊工的勞動強度，另外需要焊工的責(zé)任心很強，否則就會出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題。

電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器外殼——油箱承裝著整個器身并充滿變壓器油，焊縫強度及密封性是變壓器的兩個重要指標(biāo)。

目前，在變壓器油箱制造行業(yè)，雖然有的企業(yè)已經(jīng)開始使用機器人，但總體仍是以手工焊接和仿形半自動焊接為主，自動化焊接還有很大的提升空間。與手工焊接相比，機器人焊接在穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率等方面存在著巨大優(yōu)勢。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。因此，大力推廣應(yīng)用焊接機器人，提高焊接自動化水平是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

由移動工作站系統(tǒng)和焊接機器人系統(tǒng)兩大部分組成，可通過吊車將整套工作站或焊接機器人系統(tǒng)吊到需要的工作位置，其基體由機器人、弧焊系統(tǒng)、電纜、控制柜、系統(tǒng)軟件等幾部分構(gòu)成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統(tǒng)）、送絲機（弧焊）、焊槍（鉗）等部分組成。焊接系統(tǒng)采用FANUC公司生產(chǎn)的M-710iC/20L機械臂和美國LINCOLN公司的POWER WAVE i400數(shù)字焊接電源，能夠很好的滿足操作靈活度和焊縫質(zhì)量的要求。

以汽車為代表的下業(yè)景氣度下行，各廠商面臨成本與增長的雙重壓力，對于設(shè)備的投資呈觀望狀態(tài)，市場缺乏“確定性”的主基調(diào)，導(dǎo)致機器人需求放緩。

高工產(chǎn)研機器人研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2019年中國工業(yè)機器人銷量15.31萬臺，同比下滑2.11%，包括四大家族在內(nèi)的大部分外資廠商增速均下滑明顯。

多關(guān)節(jié)機器人作為占比本體類型，輕小負載產(chǎn)品（負載≤20kg）同質(zhì)化嚴重，價格競爭愈演愈烈，成為內(nèi)外資工業(yè)機器人廠商較量的主戰(zhàn)場，同時也是增速下滑明顯的細分產(chǎn)品之一。