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(wèn)題，因而焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用勢(shì)在必行。過(guò)去，由于國(guó)內(nèi)缺乏專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，對(duì)機(jī)器人的應(yīng)用缺乏深層次的開(kāi)發(fā)和利用，使它的利用效率遠(yuǎn)沒(méi)有很好地體現(xiàn)出來(lái)。如今，這種狀況正在迅速地改變。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求。

　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(yíng)角度看，設(shè)備的購(gòu)入與產(chǎn)出平衡對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要，加之市場(chǎng)的影響，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期相對(duì)縮短。如果采用焊接專(zhuān)機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)，在產(chǎn)品換型時(shí)，焊接專(zhuān)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?chē)?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(chǎng)上搶得先機(jī)。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(jī)器人的編程路徑，確保焊縫地熔敷在接頭上的過(guò)程。

　2.人機(jī)對(duì)話(huà)

　　人機(jī)對(duì)話(huà)意味著自動(dòng)化程度的提高，同時(shí)也給我們帶來(lái)了效率和效益。人機(jī)對(duì)話(huà)是“指令”和“傳感”的交流，它的發(fā)展依賴(lài)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(lái)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(guò)程的跟蹤；機(jī)器人與專(zhuān)機(jī)的區(qū)別就是他可以通過(guò)修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。利用視覺(jué)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)焊縫位置的檢測(cè)。

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(lái)說(shuō)， 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(lái)說(shuō)尤為重要。在實(shí)際焊接過(guò)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(guò)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(guò)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(xiàn)檢測(cè)、 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(lèi)， 分別如圖所示。如果已知激光入射角度，通過(guò)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。

電弧跟蹤傳感優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單， 不用附加另外的傳感裝置， 但它只適用于熔化極焊接場(chǎng)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(guò)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(guó) meta 公司已有商業(yè)化的產(chǎn)品出售。這類(lèi)專(zhuān)業(yè)的激光焊縫跟蹤傳感器的售價(jià)一般在20 萬(wàn)元以上， 比機(jī)器人本體還要昂貴。今天小編給大家整理推薦幾本焊接機(jī)器人編程、應(yīng)用、實(shí)操、選型方面的圖書(shū)。傳感結(jié)果通過(guò)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。

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(kāi)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。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]。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(duì)地面的角度（如圖1b），就會(huì)克服各種安裝方式對(duì)軌跡精度造成的不利影響。

電子束焊是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。

電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復(fù)性好及熱變形量小的優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、及、汽車(chē)和電氣電工儀表等眾多行業(yè)。

▲電子束焊接原理

電子束焊接工作原理

電子從電子槍中的發(fā)射體（陰極）逸出，在加速電壓作用下，電子被加速至光速的0.3～0.7倍，具有一定的動(dòng)能。再經(jīng)電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，會(huì)聚成功率密度很高的電子束流。這種電子束流撞擊工件表面，電子動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏菇饘傺杆偃刍驼舭l(fā)。在高壓金屬蒸氣作用下，工件表面被迅速“鉆”出一個(gè)小孔，也稱(chēng)之為“匙孔”，隨著電子束與工件的相對(duì)移動(dòng)，液態(tài)金屬沿小孔周?chē)飨蛉鄢睾蟛浚⒗鋮s凝固形成焊縫。工件在變位機(jī)上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時(shí)不斷調(diào)整變位機(jī)，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置，同時(shí)要不斷調(diào)整機(jī)器人各軸的位置，合理的確定焊槍相對(duì)接頭的位置、角度與焊絲伸出長(zhǎng)度。