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焊接機器人，工業機器人中的“戰斗機”

      焊接機器人之所以能夠占據整個工業機器人總量的40%以上，與焊接這個特殊的行業有關，焊接作為工業“裁縫”，是工業生產中非常重要的加工手段，同時由于焊接、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環境又非常惡劣，焊接質量的好壞對產品質量起決定性的影響。焊接機器人之所以能夠占據整個工業機器人總量的40%以上，與焊接這個特殊的行業有關，焊接作為工業“裁縫”，是工業生產中非常重要的加工手段，同時由于焊接、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環境又非常惡劣，焊接質量的好壞對產品質量起決定性的影響。

歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：       (1)穩定和提高焊接質量，保證其均一性。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，并將此信息發送給機器人控制器，引導焊槍移動。焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結果起決定作用。采用機器人焊接時對于每條焊縫的焊接參數都是恒定的，焊縫質量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩定的。而人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是變化的，因此很難做到質量的均一性。

      (2)改善了工人的勞動條件。采用機器人焊接工人只是用來裝卸工件，遠離了焊接弧光、煙霧和飛濺等，對于點焊來說工人不再搬運笨重的手工焊鉗，使工人從大強度的體力勞動中解脫出來。

      (3)提高勞動生產率。機器人沒有疲勞，一天可24小時連續生產，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。

      (4)產品周期明確，容易控制產品產量。機器人的生產節拍是固定的，因此安排生產計劃非常明確。

      (5)可縮短產品改型換代的周期，減小相應的設備投資。可實現小批量產品的焊接自動化。機器人與專機的區別就是他可以通過修改程序以適應不同工件的生產。

焊接機器人生產中的質量控制

　　焊接機器人的先進技術為我們提供了很好的生產工具，但這并不意味著我們一定可以實現高質量的焊接生產。焊接機器人應用技術是一個系統工程，通過近10年的工作經驗總結，我覺得以下幾個方面的工作不容忽視：

　　建立并培養一個具有機器人技術素養的隊伍

　　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。焊接機器人在機器人的用途中一直占據著主導地位，盡管近年來在國內得到了迅速發展，但在世界范圍內來看，它的應用還處于發展上升期，我們要做的工作還很多。期望一個企業培養的技術人才是不現實的，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程序調試及現場生產操作等幾類人員，各司其職，各負其責。

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

　　（2）焊接工藝和機器人作業程序調試人員主要負責機器人作業程序的管理工作，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。焊接機器人本體的機械結構主要有兩種形式：一種為平行四邊形結構，一種為側置式（擺式）結構，如圖2a、b所示。

　　（3）現場生產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，并且能夠將焊接機器人工作過程中的表現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程序調試人員，這樣有利于設備一旦出現故障時立即做出準確判斷，制訂故障解決方案，為恢復生產搶得時間。人機對話是“指令”和“傳感”的交流，它的發展依賴于傳感技術的發展。

焊接機器人工作站上使用主要為了實現三類功能

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三類功能：

（ 1 ） 初始焊位引導， 也稱為焊縫搜索或接頭搜索。本文在分析焊接機器人的發展現狀基礎上，給出其在高速列車制造行業中的應用前景。由于裝配誤差， 可能引起焊縫位置的變化。此時如果仍然按照原示教結果進行焊接， 可能會出現焊偏現象。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， 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。例如MOTOMAN的機器人控制柜NX100可控制4臺弧焊機器人同時作業，使生產效率進一步提高。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。這不僅可以校正機器人或專機的軌跡， 而且可以實現自適應控制， 例如通過調整電壓、 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， 并將此信息發送給機器人控制器， 引導焊槍移動。

（ 3 ） 焊后質量檢測。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量和缺陷進行檢驗， 發現成形不良、 咬邊等缺陷。

值得注意的是， 目前一些機器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經開始著手研制用于所產機器人的激光焊縫跟蹤傳感器。為了實現自動化焊接，提高焊縫成形質量，焊接機器人還具備如下功能。將來焊縫跟蹤激光傳感器將與焊接機器人協同工作得更好。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， 從而不僅調節焊槍位置， 還可以幫助調節焊槍姿態， 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常活躍的領域之一， 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， 也能夠實現有效跟蹤。