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發(fā)布時(shí)間:2020-12-02 10:51  
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焊接機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人中的“戰(zhàn)斗機(jī)”
焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人總量的40%以上,與焊接這個(gè)特殊的行業(yè)有關(guān),焊接作為工業(yè)“裁縫”,是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段,同時(shí)由于焊接、弧光、金屬飛濺的存在,焊接的工作環(huán)境又非常惡劣,焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人總量的40%以上,與焊接這個(gè)特殊的行業(yè)有關(guān),焊接作為工業(yè)“裁縫”,是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段,同時(shí)由于焊接、弧光、金屬飛濺的存在,焊接的工作環(huán)境又非常惡劣,焊接質(zhì)量的好壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起決定性的影響。
歸納起來(lái)采用焊接機(jī)器人有下列主要意義: (1)穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實(shí)時(shí)地檢測(cè)焊縫三維空間位置和曲面曲率,并將此信息發(fā)送給機(jī)器人控制器,引導(dǎo)焊槍移動(dòng)。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長(zhǎng)度等對(duì)焊接結(jié)果起決定作用。采用機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的,焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小,降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求,因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。而人工焊接時(shí),焊接速度、干伸長(zhǎng)等都是變化的,因此很難做到質(zhì)量的均一性。
(2)改善了工人的勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接工人只是用來(lái)裝卸工件,遠(yuǎn)離了焊接弧光、煙霧和飛濺等,對(duì)于點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)工人不再搬運(yùn)笨重的手工焊鉗,使工人從大強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
(3)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人沒有疲勞,一天可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn),另外隨著高速焊接技術(shù)的應(yīng)用,使用機(jī)器人焊接,效率提高的更加明顯。
(4)產(chǎn)品周期明確,容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的,因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。
(5)可縮短產(chǎn)品改型換代的周期,減小相應(yīng)的設(shè)備投資。可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專機(jī)的區(qū)別就是他可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。
焊接機(jī)器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制
焊接機(jī)器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具,但這并不意味著我們一定可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程,通過近10年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié),我覺得以下幾個(gè)方面的工作不容忽視:
建立并培養(yǎng)一個(gè)具有機(jī)器人技術(shù)素養(yǎng)的隊(duì)伍
焊接機(jī)器人工程是機(jī)電一體化技術(shù)的濃縮,其中包含了機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、焊接技術(shù)等。焊接機(jī)器人在機(jī)器人的用途中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位,盡管近年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到了迅速發(fā)展,但在世界范圍內(nèi)來(lái)看,它的應(yīng)用還處于發(fā)展上升期,我們要做的工作還很多。期望一個(gè)企業(yè)培養(yǎng)的技術(shù)人才是不現(xiàn)實(shí)的,但是焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況又確實(shí)與這些人的技術(shù)素養(yǎng)相關(guān)。所以,我認(rèn)為機(jī)器人用戶可以建立一個(gè)服務(wù)于機(jī)器人應(yīng)用的隊(duì)伍,在這個(gè)隊(duì)伍中,可以分為機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理、焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作等幾類人員,各司其職,各負(fù)其責(zé)。
(1)機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員主要負(fù)責(zé)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)及管理、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)和利用,以挖掘機(jī)器人的工作能力為目的。
(2)焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試人員主要負(fù)責(zé)機(jī)器人作業(yè)程序的管理工作,焊接機(jī)器人應(yīng)用的目的是為焊接生產(chǎn)服務(wù),焊接工藝員對(duì)焊接品質(zhì)的把握是機(jī)器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵所在,他的職責(zé)是讓機(jī)器人成為他得心應(yīng)手的工具,把他的焊接思路完整地傳達(dá)給機(jī)器人。焊接機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有兩種形式:一種為平行四邊形結(jié)構(gòu),一種為側(cè)置式(擺式)結(jié)構(gòu),如圖2a、b所示。
(3)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)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?qū)⒑附訖C(jī)器人工作過程中的表現(xiàn)準(zhǔn)確及時(shí)地反饋給機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員,包括焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試人員,這樣有利于設(shè)備一旦出現(xiàn)故障時(shí)立即做出準(zhǔn)確判斷,制訂故障解決方案,為恢復(fù)生產(chǎn)搶得時(shí)間。人機(jī)對(duì)話是“指令”和“傳感”的交流,它的發(fā)展依賴于傳感技術(shù)的發(fā)展。
焊接機(jī)器人工作站上使用主要為了實(shí)現(xiàn)三類功能
目前, 這類激光傳感器在焊接機(jī)器人工作站上使用主要為了實(shí)現(xiàn)三類功能:
( 1 ) 初始焊位引導(dǎo), 也稱為焊縫搜索或接頭搜索。本文在分析焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,給出其在高速列車制造行業(yè)中的應(yīng)用前景。由于裝配誤差, 可能引起焊縫位置的變化。此時(shí)如果仍然按照原示教結(jié)果進(jìn)行焊接, 可能會(huì)出現(xiàn)焊偏現(xiàn)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(jī)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(jī)器人的焊縫搜索定位系統(tǒng), 包括點(diǎn)式及條紋式的激光傳感器,適用于不同項(xiàng)目需求。
( 2 ) 焊接過程中對(duì)焊縫實(shí)時(shí)跟蹤。例如MOTOMAN的機(jī)器人控制柜NX100可控制4臺(tái)弧焊機(jī)器人同時(shí)作業(yè),使生產(chǎn)效率進(jìn)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(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。這不僅可以校正機(jī)器人或?qū)C(jī)的軌跡, 而且可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制, 例如通過調(diào)整電壓、 送絲速度或行走速度來(lái)改變焊縫成形。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實(shí)時(shí)地檢測(cè)焊縫三維空間位置和曲面曲率, 并將此信息發(fā)送給機(jī)器人控制器, 引導(dǎo)焊槍移動(dòng)。
( 3 ) 焊后質(zhì)量檢測(cè)。利用激光傳感器的三維信息獲取能力, 可以對(duì)焊后的焊縫成形質(zhì)量和缺陷進(jìn)行檢驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)成形不良、 咬邊等缺陷。
值得注意的是, 目前一些機(jī)器人廠商, 如 OTC ,MOTOMAN 等, 已經(jīng)開始著手研制用于所產(chǎn)機(jī)器人的激光焊縫跟蹤傳感器。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接,提高焊縫成形質(zhì)量,焊接機(jī)器人還具備如下功能。將來(lái)焊縫跟蹤激光傳感器將與焊接機(jī)器人協(xié)同工作得更好。先進(jìn)的激光焊縫跟蹤傳感器不僅能夠感知被測(cè)點(diǎn)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。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(lǐng)域之一, 多條紋激光光源、 錐形激光光源等都有研究和應(yīng)用。所適用的焊接過程也從原來(lái)的單道焊接擴(kuò)展到多層多道焊的焊縫跟蹤, 對(duì)于高反光的鋁合金材料焊接, 也能夠?qū)崿F(xiàn)有效跟蹤。