焊接機器人的技術應用

焊接機器人應用技術是機器人技術、焊接技術和系統(tǒng)工程技術的融合，焊接機器人能否在實際生產中得到應用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術的共同提高，而系統(tǒng)工程技術是機器人技術和焊接技術的粘合劑。目前，焊接工藝正以驚人的發(fā)展速度成為工業(yè)生產中的主流工藝，而焊接質量和焊接生產率是任何企業(yè)都不能忽視的問題，因而焊接機器人的廣泛應用勢在必行。機器人所采用材料開始轉向鋁、不銹鋼、高強鋼，所使用的板材也越來越薄。過去，由于國內缺乏專業(yè)技術人才，對機器人的應用缺乏深層次的開發(fā)和利用，使它的利用效率遠沒有很好地體現出來。如今，這種狀況正在迅速地改變。

　機器人的特點

　　1.柔性

　　機器人是數控立體作業(yè)機床，具有六個自由度，不僅可以實現焊槍位置的可達性，還可以實現焊槍的角度變化。雖然它的精度不能與傳統(tǒng)的機床相比，但對于焊接生產而言，機器人的重復定位精度已完成能夠勝任。

從經營角度看，設備的購入與產出平衡對企業(yè)來說非常重要，加之市場的影響，產品的更新換代周期相對縮短。機器人沒有疲勞，一天可24小時連續(xù)生產，另外隨著高速焊接技術的應用，使用機器人焊接，效率提高的更加明顯。如果采用焊接專機進行焊接生產，在產品換型時，焊接專機很難快速地適應產品的變化，從而阻礙了新產品的推出速度，這種延誤極有可能嚴重影響企業(yè)的快速發(fā)展。采用機器人進行焊接生產，企業(yè)只需編制一個新程序即可實現新產品的投產，可使企業(yè)在市場上搶得先機。

　2.人機對話

　　人機對話意味著自動化程度的提高，同時也給我們帶來了效率和效益。人機對話是“指令”和“傳感”的交流，它的發(fā)展依賴于傳感技術的發(fā)展。（2）焊接工藝和機器人作業(yè)程序調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服務，焊接工藝員對焊接品質的把握是機器人焊接質量的關鍵所在，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。目前在焊接機器人工作站上，已經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，可以實現焊接過程的跟蹤；利用視覺傳感器，可以實現焊縫位置的檢測。

焊接傳感器

焊接機器人由示教再現型向智能型發(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。隨著智能制造計劃的推進，工業(yè)機器人在制造業(yè)中的應用將會飛速發(fā)展。在實際焊接過程中， 焊接條件是經常變化的， 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)不僅能實現空間焊縫的自動實時跟蹤， 而且還能實現焊接參數的在線檢測、 調整和焊縫質量的實時控制。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。由于機器人控制柜采用數字控制，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接口。由激光二極管發(fā)射的激光束入射到工件表面， 經金屬表面反射， 由 CCD 攝像機接收成像?？梢钥吹?， 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。傳感結果通過數據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整。

焊接機器人將是未來重工業(yè)的底層

焊接機器人技術是工業(yè)機器人技術在焊接領域的應用，它能夠根據預先設定的程序同時控制焊接端的動作和焊接過程，在不同的場合可以進行重新編程。其應用目的在于提高焊接生產率，提高質量穩(wěn)定性和降低成本。

焊接機器人幾個趨勢和技術

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

2、多智能體調控技術： 這是目前機器人研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的 通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。

3、虛擬機器人技術： 虛擬現實技術在機器人中的作用已從、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器 人操作者產生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技 術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

由于所設計的焊接機器人是在準平面、空間狹窄的環(huán)境下工作，為了保證機器人能根據電弧傳感器的偏差信息，跟蹤焊縫自動焊接，要求所設計的機器人應該結構緊湊、移動靈活且工作穩(wěn)定．文中針對狹窄空間特點，開發(fā)了一種小型移動焊接機器人，根據機器人各結構的運動特點，運用模塊化設計方法，把機器人機構分為輪式移動平臺、焊炬調節(jié)機構和電弧傳感器三部分。汽車是焊接機器人的用戶，也是早的用戶，汽車制造和汽車零部件生產企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。其中，輪式移動平臺由于其慣性大，響應慢，主要對焊縫進行粗跟蹤，焊炬調節(jié)機構負責焊縫跟蹤，電弧傳感器完成焊縫偏差實時識別．另外，機器人控制器和電機驅動器集成安裝于機器人移動平臺上，使其體積更小。同時，為了減少惡劣焊接環(huán)境下粉塵對運動部件影響，采用全封閉式結構，提高其系統(tǒng)可靠性[1]。