紹興發那科焊接機器人設備咨詢客服「景尚機電」

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。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。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。傳感結果通過數據接口傳輸給機器人控制，由控制器發出指令對機器人的運動進行調整。

　　（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。焊接機器人構造及功能下面就以我公司使用的德魯斯DRW3110F-40型焊接機器人（見圖1）為例，簡要介紹一下機器人的組成結構及主要功能。

焊接是高速列車制造過程中和基本的工藝方法。近10年來，進口機器人的價格大幅度降低，從每臺7-8萬美元降低到2-3萬美元，使我國自行制造的普通工業機器人在價格上很難與之競爭。隨著列車高速化和輕量化， 各部件的服役環境惡化， 對車體和轉向架的焊接技術提出了更高的要求。采用焊接機器人工作站或自動焊接專機是提高和穩定焊接質量的重要途徑， 而且隨著勞動力成本的提高， 機器人焊接的成本優勢越來越明顯。

《智能制造科技發展 “十二五” 專項規劃》 指出：“中國已是世界第二大經濟體和制造業大國， 但自主能力薄弱、 先進裝備貿易逆差嚴重、 裝備與智能裝備嚴重依賴進口， 嚴重制約我國制造產業健康發展。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。而智能制造技術是世界制造業未來發展的重要方向之一” 。近年來， 我國高速鐵路和高速列車發展迅猛， 獲得了一系列具有自主知識產權的重大科技成果。但是， 我國高速列車制造過程與國外高速列車生產現狀還有一定差距， 行業中的裝備和智能裝備依賴進口。走智能制造的道路也是我國未來高速列車制造業發展的趨勢。

智能制造終目標是實現 “設計過程、 制造過程和制造裝備智能化”， 包括產品設計中的數字化，制造過程中的傳感信息化和網絡化， 制造裝備的數字化和智能化。焊接機器人由示教再現型向智能型發展，增強其柔性和適應性，傳感器是必不可少的。其中， 制造裝備的智能化是實現整體制造智能化的前提和基礎。在所有的智能化制造裝備中， 機器人無疑是柔性制造自動化的集中體現。而在高速列車的生產中， 焊接又占據了相當大的比重， 焊接機器人必然在高速列車智能制造中發揮重要作用。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。

焊接機器人研究和應用現狀

機器人技術是綜合了計算機、 控制論、 機構學信息和傳感技術、 人工智能、 仿生學等多學科而形成的高新技術， 是當代研究十分活躍的領域。機器人焊接在鋼結構建設過程中的應用僅限于前期在車間內鋼結構部件的組裝連接，如圖1所示，例如H柱、梁、箱型柱、U形肋、板肋板單元和橫隔板單元的組裝連接等。近十幾年來， 隨著相關領域技術快速發展， 機器人技術也得到了飛速發展。為了更好地完成焊接任務， 機器人生產廠商在機器人本體上做了相應的調整。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。使用材料的變化在保證剛度的前提下， 減少了機器人自身的質量， 降低了成本。目前市場上機器人的售價越來越低， 性價比越來越高， 各個機器人廠商紛紛推出了 11~13 萬的經濟型弧焊機器人。

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。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。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。其功能是在焊接過程中自動檢測并自動調節焊槍的位置，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，從而確保了焊接質量，提高了焊接效率并降低了勞動強度。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。電弧跟蹤傳感優點是簡單，不用附加另外的傳感裝置，但它只適用于熔化極焊接場合。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。