焊接机器人robcad

焊接机器人在长安汽车股份公司的应用及存在问题 1、前言 随着社会的发展和科技的进步，机器人在社会各个领域得到了日益广泛的 应用，而应用最多的则是工业机器人。工业机器人自60年代初问世以来，经过 了40多年的发展，已广泛应用于工业领域，成为汽车制造业生产自动化中主要 的机电一体化设备。 制造行业应用机器人的主要目的在于削减生产人员编制、提高劳动生产率 、降低劳动强度及提高产品质量。机器人与传统的机器相比，具有两个主要优 点： 1) 容易实现生产过程的完全自动化。 2) 对生产设备的高度适应能力。 2、焊接机器人 焊接机器人是目前最大的工业机器人应用领域。由于汽车制造业对许多构 件的焊接精度和速度等指标提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工 作；此外，焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害，因此，焊接过程的完全 自动化已成为重要的研究课题，其中，最为重要的就是要应用焊接机器人。 3、接机器人在长安汽车股份公司的应用 31、KUKA机器人在十万辆面包车焊接线上的应用 1996年，长安汽车股份公司新建十万辆SC6331系列微型面包车焊接生产线 ，该线首次引进德国KUKA公司的KRC32型6轴气动点焊机器人，应用在工艺要求 最高的车架和成车焊接线上。在原有手工焊接线上，车架增焊工位和成车增焊 工位由于焊点数量多、焊接零件结构复杂，是制约全线生产的瓶颈工位，工人 作业时间长、劳动强度大、设备故障率高、焊点质量不稳定且容易造成碰压伤 ，严重制约了全线的生产速度，产品质量也得不到保证。 引进KUKA点焊机器人后，首先，十万辆焊接线的生产节拍大幅提高，微型 面包车的单班生产数量大幅增加，达到手工焊接线产量的5倍；其次，工人的劳 动强度得到大幅降低，工作时间大大缩短，工作条件得到极大改善；第三、微 型面包车质量得到显著提高，车身碰压伤大为降低；第四、KUKA焊接机器人故 障率极低，备件供应充足，系统稳定性高，操作维护容易，大量节约了设备维 护人员，节约了人力资源。 32、COMAU、KUKA、OTC机器人在8万辆长安之星焊接线上的应用 在成功引进KUKA 焊接机器人后，长安汽车股份公司在SC6350“长安之星”八万辆焊接生产线 上再次引进焊接机器人，其中包括意大利COMAU公司H4型伺服点焊机器人，意大 利COMAU公司H1型螺柱焊机器人，日本OTC弧焊机器人，KUKA公司KRC型检测机器 人。 SC6350八万辆焊接线上机器人的应用水平先进，伺服焊钳机器人、弧焊机 器人、检测机器人都是目前国内汽车行业机器人应用水平最先进的代表。 其中，检测机器人采用目前国际上先进的在线检测方式，应用检测技术世 界领先的德国Perceptron公司的检测设备与系统稳定性最高的德国KUKA机器人 相整合，在主线（成车）焊接线的最后一个工位在线实时检测每一个“长安之 星”白车身，以控制车身尺寸精度。检测系统设计白车身正常尺寸偏差2mm， 白车身尺寸超差时，生产线将要报警提示，并且检测系统中将存储每个白车身 的测量数据，以供离线分析。 弧焊机器人采用日本OTC公司的DR系列七轴焊机器人，OTC机器人本体设计 小巧，结构简单明了，弧焊功能齐全，特别适合于结构复杂的零部件气体保护 焊接。如SC6350系列微车构架总成上的连接横梁的弧焊，由于该横梁为圆形， 需要进行圆周焊接，且该部件位置较低，人工焊接劳动强度极大，气体保护焊 又属于有毒作业，采用OTC弧焊机器人克服了这些严重制约生产、无法保证产品 质量、损害操作者身体健康的缺点。 另一个值得关注的是高精度、高可靠性的伺服点焊机器人的引进，该型号 机器人选用COMAU公司H4型点焊机器人，整合SIAKY伺服焊钳系统，焊点焊接质 量稳定、定位精确。伺服焊钳与气动焊钳相比最突出的特点，是在焊接过程中 ，伺服焊钳的焊接质量高，焊点成形好，极大改善了白车身的焊接质量，使“ 长安之星”当之无愧成为中国的微车精品。 4、焊接机器人的应用经验 焊接机器人在长安公司汽车生产线上的应用已有七年时间，根据实际应用 ，以下一些经验供大家一起研究： 41、焊接机器人的使用，必须满足安全要求 焊接机器人能够代替人类在危险、有害的恶劣环境中作业，同时又带来了 另一种潜在的危险，即机器人伤人事故。为此，在焊接机器人在线运行时，绝 对不能有人进入其运动安全范围所在区域，并且其运动区域内应该保证无干涉 ，这是焊接机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安 全规程外，还要注意焊接机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。例如现在我 们正在使用的安全措施： (1)为焊接机器人及其周边设备安装安全防护栏，以防止有人进入危险区域 造成意外伤害。 (2)在安全护栏入口的安全门上设置插拔式电接点开关，该开关与焊接机器 人的安全回电路相连接，一旦安全门打开，机器人控制器将切断机器人的驱动 电源，机器人立即停止运动。 (3)在距焊接机器人所在工位最近的地方，安装多个紧急停止开关，一旦发 生紧急或危险情况，工作人员可以就近按下急停，让机器人停止运动。 (4)示教作业时降低焊接机器人的运动速度，并由经过专业技术操作培训的 人员进行示教。 (5)焊接机器人安全电路与生产线安全电路联为一体，当生产线遇到紧急情 况时，生产工人可以按下该线上任何工位的紧急停止开关，让机器人停止运动 。 42、焊接机器人的控制装置 虽然焊接机器人本身拥有非常完善的控制系统，但每台焊接机器人作为一 个独立的自动化设备系统，在一条生产线或一个生产系统中永远都只是一个从 属的工作站，必须要有相应的外部控制装置对其进行远程控制，以适应自动化 流水作业生产线上各种自动化设备之间同步、有序的生产要求。 焊接机器人常用的相关控制装置有可编程序控制器和在线监控装置。 可编程控制器对生产线上包括焊接机器人在内的各种自动化设备的工作进 行协调与配合，从而有序地实现生产过程的自动化。 在线监控装置是操作者与生产系统之间的人机接口，它从生产系统中采集 实时数据，并可以有条件地对生产数据进行实时修改，因而达到实时监视生产 线现场情况、远程实时控制生产线运行的目的。使用在线监控装置能够方便地 发出作业指令，启动或停止包括焊接机器人在内的所有自动化设备，并实时了 解生产系统的状态。 长安公司8万辆长安之星焊接线上，采用西门子WIN CC在线监控系统和西门子可编程控制器，所有的焊接机器人除了受自身控制系 统的控制自动运行外，还必须接受可编程控制器和WIN CC在线监控系统的远程控制，以保证与生产线其它自动设备的同步运行。 43、焊接机器人系统的扩展 为了满足长安公司八万辆“长安之星”焊接线的实际需求，COMAU公司在进 行控制系统的设计时，同时考虑到了生产线系统的稳定性与白车身产品质量的 稳定性，最终选用的焊接机器人具有以下扩展功能： (1)增加外部滑动轴 焊接机器人的外部滑动轴与其它6个基本轴一样，均含有伺服驱动器和伺服 电机，与相应的机械传动装置相配合，可以有效扩大机器人的活动范围，并且 能够在复杂或狭窄的空间内达到最佳的作业姿态，还可以通过示教来任意定位 ，以保持最高的定位精度。在点焊实际应用中，包含外部轴驱动的焊接机器人 能够准确到达所需焊点位置，并达到最佳焊接姿态，因而点焊效果更好而无噪 声和焊滴飞溅，焊接后的焊点外形美观、焊接质量高。 例如，八万辆焊接线主线730总拼工位，采用全自动的零部件装配与焊接工 艺，该工位共有6台COMAU焊接机器人，要完成左/右侧围与车架的装配及整个白 车身的焊接，加之工位包含了顶盖装配、车架装配及其它零件的装配，夹具、 输送装置、自动焊钳等装置众多，空间极其有限，为了保证成车组焊，共有4台 机器人采用了滑台式外部轴，以在狭窄的空间内，高质量、高速度、最安全地 完成所有工作。 (2)弧焊中的摆动焊接 弧焊机器人通过软件的正确设置，可以在沿焊缝前进的同时，焊丝尖端实 现横向摆动，摆动的方式、频率及幅度等均可按工艺要求进行设定，从而达到 提高弧焊质量的目的。 (3)机器人的工具自动切换 同样是在八万辆焊接线730工位，为了节约工作场地、缩短工作时间，15号 (16号)焊接机器人同时要完成总拼工位白车身的焊接工作，又要负责从侧围生 产线将侧围部件抓起来并放到主线与车架、顶盖组装，因而这两台焊接机器人 采用了世界领先的“枪/手”自动切换技术，由可编程控制器在生产线需要时控 制机器人进行伺服焊钳和抓手工具的自动切换。这样，一台机器人可以完成两 台机器人需要完成的工作，既节约了成本又节约了场地。 44、机器人的编程 长安公司十万辆焊接线上的KUKA机器人，其编程采用WINDOWS操作系统下的 APS软件，必须在WINDOWS环境下进行运动程序的上载及下载；八万辆焊接线上 的COMAU机器人的编程采用任意文本编辑器，再经过编译后，用PCINT计算机仿 真软件将程序下载到机器人控制器。这两种机器人编程的共同特点是均可以实 现离线编程、在线示教，为生产线的设计与仿真提供了有力帮助。不同之处在 于，COMAU机器人采用了类似PASCAL高级编程语言的语言结构，对于学习过计算 机编程语言的人来说，可以非常快速、容易地理解，接受一些最基本的培训后 ，即可以编制相当完善的机器人控制程序。而KUKA机器人采用其专用的机器人 编程语言，技术人员必须接受KUKA公司专业的编程培训，才能胜任编程工作。O TC机器人的控制程序编程则相对容易，基本采用简单、易懂的运动指令，意义 一目了然。 45、伺服焊钳的成功引进 十万辆焊接线上应用的5台KUKA点焊机器人，均采用气动点焊钳进行车体焊 接，由于焊钳电极帽存在磨损的问题，控制系统采用计算焊点数，对焊接电流 进行递增式补偿的方法。从原理上讲，这是一种开环方式的补偿方法，并不能 实际反映焊钳电极帽的真实损耗情况，因而车体焊接质量存在一定的不稳定性 。 八万辆焊接线上，所有COMAU点焊机器人均采用SIAKY的伺服焊钳及控制系 统。伺服焊钳作为机器人的一个外部轴存在，在机器人控制系统中增加一套驱 动软件，该外部轴就与其它六个基本轴一样，完全受机器人控制器的控制。这 样，该外部轴与其它六轴一起融为一体，机器人控制系统通过外部轴的驱动软 件，可以实时计算该轴的真实位置。实际应用中，在完成每一个车体的焊接工 作后，机器人控制系统将对这个外部轴- 伺服焊钳，执行自动校正功能，通过检查该轴(伺服焊钳)的实际零点位置是否 发生变化来确认电极帽是否磨损，这样确保了焊接压力的自动闭环控制，使车 体焊接质量稳定性大幅提高。 46、应用焊接机器人实现柔性生产 长安公司微型汽车种类多、品种复杂，在以往手工生产线上，如果需要混 线生产同一型号不同种类的车型，人工焊接速度因工件、工具的差别而大大降 低，生产的汽车产品质量也随之呈现出不稳定性。 引进焊接机器人后，只需预先编制好适应不同车型生产所需的若干套不同 的运动与焊接程序，机器人将根据生产线的工作指令，自动调用相应的工作程 序与不同车体焊接所需的工具，即能自动适应生产线上车型的复杂变化，即使 是八万辆焊接线上高频次、多种类车型的混线生产，也能应付自如。绝不会因 为单班多种车型混线生产而产生手工线极易出现的错焊、漏焊以及误调整或不 调整焊接规范等经常出现的车体焊接质量事故，生产线运转速度也丝毫不会降 低。焊接机器人的广泛应用，为长安公司的汽车制造实现柔性自动化生产带来 了前所未有的生机。 5、焊接机器人在应用中存在的问题 尽管焊接机器人在长安公司的汽车制造生产中得到广泛应用，使汽车焊接 质量得到了极大改善，有效提高了企业的劳动生产效率，但仍有很多方面的问 题值得我们去进一步研究和改善。 51、位置偏移后重新示教的问题 示教再现型焊接机器人如果发生焊接位置偏移时，必须进行在线示教然后 再现运行，这个工作现在需要占用大量的生产时间。如果能够利用先进的计算 机动态仿真技术对其进行离线示教和仿真，将是焊接机器人应用的一次革命性 的改善。 52、弧焊机器人焊缝跟踪的问题。 示教再现型弧焊机器人进行弧焊时，不能对焊缝进行动态跟踪反馈，因而 焊缝有细微变化时，不能保证焊缝质量，如果能够应用智能技术，动态跟踪焊 缝状态，就能有效保证弧焊质量的可靠性和稳定性。 53、焊接机器人的备件问题。 目前，由于国内机器人的应用还不是非常广泛，国内机器人技术还有待于 长足进步，机器人的专用部件国内还不能自行设计制造，长安公司大量应用焊 接机器人后，配件问题成为机器人应用中最令人头痛的问题。因为机器人的部 件多属专用部件(尤其是电器控制部分)，技术水平要求相当高，因而必须从国 外进口，而进口的机器人备件价格高企，国内代理公司大多不愿因大量预采购 而造成资金积压，进口备件的时间周期又长，给汽车生产线造成了相当大的困 难。 54、机器人的校轴过程占用过多时间。 长安公司所应用的KUKA、COMAU、OTC机器人，其轴的校正过程均需耗费比 较长的时间，对于流水化的自动生产线来说，其停机所造成的经济损失非常巨 大。如果能够应用高智能化的检测手段，使机器人在其轴的基本参数丢失或变 化后，能够自动快速恢复到发生故障前的状态，将给自动化生产线带来巨大的 生产效益 55、机器人电器控制系统的问题。 长安公司所应用的三种焊接机器人，其本体的机械可靠性及制造水平均相 当高，本体出现故障(指机械故障)的概率极其微小。然而，相比之下，电气控 制系统的故障率却非常高，最容易出现的部分是驱动部分的电路及元器件，另 外接插件的故障频率也相当高。 当今世界上的机器人控制电路集成化程度已越来越高，控制技术的不断进 步已使控制部分故障率大为降低。但对于汽车制造中的焊接作业这种环境恶劣 、作业强度极大、电压波动较大的应用来说，如果能针对汽车生产的具体情况 ，进一步提高系统集成化程度，进一步增强系统抗干扰的能力，长安公司在未 来应用大量机器人实现完全无人化生产线的理想将变为现实。 56、机器人与其它设备或工位上障碍物碰撞问题。 在长安公司的两条焊接线上，均出现过多次因为信号交换失误而发生机器 人与机器人碰撞、机器人与其它设备或障碍物碰撞的事故。经过事后分析机器 人工作程序，发现目前机器人控制系统在处理信号交换时，都采用外部I/O信号 来交换彼此的工作状态，信号检测还只是以一个“点”的方式测量，即在某一 运动程序行中，确认某一个交换信号是否存在来决定机器人是否继续下面的工 作，而不是在一个运动区域中持续检测其它障碍物或机器人状态，这样，一旦 检测过程结束而机器人的运动轨迹发生错误或信号交换不正常时，碰撞就发生 了。 现在机器人的应用规模越来越大，多台机器人在狭窄空间内协同工作的场 合越来越多，彼此之间信号交换已变得极其平常，如果能够在机器人的控制系 统中，采用类似微软WINDOWS操作系统的后台处理方式来实时监测其它障碍物或 机器人的工作状态，以决定机器人是否应该继续在有可能干涉的区域内工作， 碰撞问题应能够得到有效的控制，甚至彻底解决这个问题。 综上所述，焊接机器人使汽车制造业大批量、高效率、高质量进行流水线 汽车制造提供了有利保障，同时，焊接机器人在实际应用中暴露出来的问题， 也促使我们不断努力学习先进技术，不断寻求更加有效的手段，让焊接机器人 为中国的汽车制造业做出更大贡献。 汽车工业的焊接与激光焊接 轿车车身都采用金属构件和复盖件的分块组合。将各种预先制好的结构件，例 如风窗立柱，门立柱、门上横、前后冀子板、前后围板、顶盖等零部件通过焊 接和铆接的方式进行组合装配。其中焊接是汽车装配流水线上不可缺少的工序 。 车身焊接主要有电阻电焊、缝焊、二氧化碳焊等方式。电阻电焊通过施加在点 焊电极上的电流将零件的接触表面熔化，然后在压力作用下连接在一起，主要 用于车身构件及车架的焊接。缝焊用滚轮电极代替电阻电焊的点焊电极，滚轮 电极传递焊接电流和压力，其转动与零件的移动相互协调，产生连续的焊缝， 主要用于密封性焊接或缝点焊工件，例如油箱。二氧化碳焊是一种电弧焊，即 局部加热来熔化和连接零件而不需要施压的一种焊接方法，在电极与工件之间 的电弧作为热源，同时施加二氧化碳遮住电弧和熔化区，使之与大 根据不同的零件和要求，在汽车工业中采用了多样化的焊接技术，应用到的焊 接技术还有闪光焊、电子束焊、电栓焊、脉冲焊、摩擦焊等等。近年，还出现 了激光焊，并且发展得很快，我国生产的一些轿车车身焊接，也采用了激光焊 接。 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量 的光束，如果焦点靠近工件，工仵就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用 于焊接工艺。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固 体激光器，又称Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴 石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06m，主要优点是产生的 光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造 系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功 率为3- 4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工 作介质，产生平均为10.6m的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标 准激光功率在2-5千瓦之间。气隔开，主要用于车身蒙皮的焊接。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比 高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如向保证激光焊接的质量，也就 是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电 感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对 象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控 制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。 在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率 和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形 状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专 门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成 的。 汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在车 身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过 激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内 板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目 、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处，目前已经 被许多大汽车制造商和配件供应商所采用。激光焊接主要用于车身框架结构的 焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊已经逐渐被激光 焊接所代替。用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低 了板材使用量也提高了车体的刚度。激光焊接零部件，零件焊接部位几乎没有 变形，焊接速度快，而且不需要焊后热处理，目前激光焊接零部件已经广泛采 用，常见于变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链等。 我国焊接机器人的工程应用 国内焊接机器人技术的发展 我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大 学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世 。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广 泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开 发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容 ，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准 了实用化的方向。与此同时于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技计划 。在国家“863”计划实施五周年之际，邓小平同志提出了“发展高科技，实现 产业化”的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储 备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人 及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的 发展方针，以后又列入国家“八五”和“九五”中。经过十几年的持续努力， 在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键 元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器 人系列产品，能够实现小批量生产 我国焊接机器人的应用状况 我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个 主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末，上 海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用 于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984 起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接 和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊 接，并于1988年开发了机器人车身总焊线 。 80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车 厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自动化程度与装备水平，让我 们认识到了与国外的巨大差距。随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接 机器人。可以说90年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的 汽车制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人 大量进入中国。由于我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣 ，工程机械行业也成为较早引用焊接机器人的行业之一。近年来由于我国经济 的高速发展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊 接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。铁路机车行业由于我国货运、客运、城市 地铁等需求量的不断增加，以及列车提速的需求，机器人的需求一直处于稳步 增长态势。据2001年统计，全国共有各类焊接机器人1040台，汽车制造和汽车 零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76%。在汽车行业中点焊机 器人与弧焊机器人的比例为3：2，其他行业大都是以弧焊机器人为主，主要分 布在工程机械（10%）、摩托车（6%）、铁路车辆（4%）、锅炉（1%）等行业。 焊接机器人也主要分布在全国几大汽车制造厂，从图1中还能看出，我国焊接机 器人的行业分布不均衡，也不够广泛。 进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入，汽车行业迅猛发展，我国汽车 行业的机器人安装台数迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千台的数量 增长。估计我国目前焊接机器人的安装台数在4000台左右。汽车行业焊接机器 人所占的比例会进一步提高。 目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三种。日系中主要有安 川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUK A、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。国产机器人主要是 沈阳新松机器人公司产品。 目前在我国应用的工业机器人中，国产机器人的数量不足100台，特别是近 两年新安装的机器人焊接系统中已经看不到中国机器人的身影，虽然我国已经 具有自主知识产权的焊接机器人系列产品，但却不能批量生产，形成规模，有 以下几个主要原因： 国内机器人价格没有优势。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，从 每台7-8万美元降低到2- 3万美元，使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。特别是我 国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，如伺服电机、减速 机等需要进口，使价格难以降低，所以机器人生产成本降不下来；我国焊接装 备水平与国外还存在很大差距，这一点也间接影响了国内机器人的发展。对于 机器人的最大用户- 汽车白车身生产厂来说，目前几乎所有的装备都来从国外引进，国产机器人几 乎找不到表演的舞台。 我们应该承认国产机器人无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还 存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的 发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高，而我国则处于一种单件小批 量的生产状态。 国内机器人生产厂家处于幼儿期，还需要政府政策和资金的支持。焊接机 器人是个机电一体化的高技术产品，单靠企业的自身能力是不够的，需要政府 对机器人生产企业及使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持， 加速我国国产机器人的发展。 应用焊接机器人的意义 焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40%以上，与焊接这个特 殊的行业有关，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段， 同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊 接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。归纳起来采用焊接机器人有下列主 要意义： （1）稳定和提高焊接质量,保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、 焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对于每 条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小,降低了对工人操 作技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等 都是变化的，因此很难做到质量的均一性。 （2）改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件，远 离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳， 使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。 （3）提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24小时连续生产，另外随 着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。 （4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的，因 此安排生产计划非常明确。 （5）可缩短产品改型换代的周期,减小相应的设备投资。可实现小批量产 品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不 同工件的生产。 我国焊接机器人应用工程 焊接机器人应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合，焊 接机器人能否在实际生产中得到应用，发挥其优越的特性，取决于人们对上述 技术的融合程度。经过近10年的努力，我国在机器人焊装夹具设计方面积累了 较丰富的经验，机器人周边设备实现了标准化，具有年产300余套焊接机器人工 作站的能力。可以说国内的系统集成商在机器人工作站及简单的焊装线的设计 开发方面具有了与国外系统集成商抗衡的能力，近几年为国内汽车零部件等企 业提供了大量的机器人焊接系统。但是另外一个严重的事实是，我们还不具备 制造高水平的机器人成套焊装线的能力。国内几大汽车厂的车身焊装线都是由 国外机器人系统集成商设计制造的。 作为焊接机器人的最大用户，预计未来的10年我国汽车年产量要达到千万 辆，现在的焊接装备远远满足不了生产需求，对焊接装备的需求量将大幅增加 ，焊装生产线要求更加自动化和柔性化，以适应多品种、小批量的生产要求， 机器人将大量应用于焊接生产线中。对我国的机器人系统集成商来说如何抓住 机遇是当前要解决的重要课题，从另一方面讲也决定着国产焊接机器人的命运 。 (1)实行企业联合。机器人系统集成商与汽车制造商联合，消化吸收国外汽 车焊装线。 (2)建立自己的焊接装备设计标准及数模，提高设计水平和效率。 (3)加强人才培养建设。机器人焊接生产线是个复杂的系统工程，涉及到机 械、电气、物流传输、计算机、汽车设计制造、机器人技术、焊接技术等多种 学科，而我国目前还没有关于这方面较为系统的培训机构。 (4)加强与国外公司的合作，通过合作学习提高自己的设计水平。 焊接机器人的最新应用技术 (1)TCP（tool center point工具中心点）自动校零技术 焊接机器人的工具中心点就是焊枪的焊丝的端点，因此TCP的零位精度直接 影响着焊接质量的稳定性。但在实际生产中不可避免会发生焊枪与夹具之间的 碰撞等不可预见性因素导致TCP位置偏离。通常的做法是利用手动进行机器人TC P校零，但一般全过程需要30分钟才能完成，影响生产效率。TCP自动校零是用 在机器人焊接中的一项新技术，它的硬件设施是由一梯形固定支座和一组激光 传感器组成。当焊枪以不同姿态经过TCP支座时，激光传感器都将记录下的数据 传递到CPU与最初设定值进行比较与计算。当TCP发生偏离时，机器人会自动运 行校零程序，自动对每根轴的角度进行调整，并在最少的时间内恢复TCP零位。 （2）双丝焊接技术 近年来由于我国汽车、集装箱、机车车辆、工程机械等行业的高速发展， 对高速焊和高熔敷效率焊接的需求越来越多。双丝焊是近年来发展起来的一种 高速高效焊接方法，焊接薄板时可以显著提高焊接速度，达到36m/min，焊接 厚板时可以提高熔敷效率。除了高速高效外，双丝焊接还有其它的工艺特点： 在熔敷效率增加时保持较低的热输入，热影响区小，焊接变形小，焊接气孔率 低等。 由于焊接速度非常高，特别适合采用机器人焊接，因此可以说机器人的应 用也推动了这一先进焊接技术的发展。 目前双丝焊主要有2种方式：1种是Twin arc法，另1种为Tandem法。焊接设备的基本组成类似，都是由2个焊接电源、2 个送丝机和1个共用的送双丝的电缆。为了防止同相位的2个电弧的相互干扰， 常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法，并保持2个电弧轮流交替燃烧。这样一来，就要 求1个协同控制器保证2个电源的输出电流波形相位相差180。当焊接参数设置 到最佳时，脉冲电弧能得到无短路、几乎无飞溅的过渡过程，真正做到“1个脉 冲过渡1个熔滴”，每个熔滴的大小几乎完全相同，其大小是由电弧功率来决定 。 Twin arc法的主要生产厂家有德国的SKS、Benzel和Nimark公司，美国的Miller公司 。Tandem法的要厂家有德国的Cloos、奥地利Fronius和美国Lincoln公司。据德 国Cloos公司介绍，采用Tandem法焊接23mm薄板时，焊接速度可达6m/min，焊 接8mm以上厚板时，熔敷效率可达24Kg/h。 （3）激光/电弧复合焊接技术 激光/电弧复合焊接技术是激光焊接与气体保护焊的联合，两种焊接热源同 时作用于一个焊接熔池。该技术的研究最早出现在上世纪70年代末，但由于激 光器的昂贵价格，限制了其在工业中的应用。随着激光器和电弧焊设备性能的 提高，以及激光器价格的不断降低，同时为了满足生产的迫切需求，激光/电弧 复合焊接技术近年来成为焊接领域最重要的研究课题之一。 激光/电弧复合焊接技术有多种形式的组合，有激光/TIG、激光/MAG和激光 /MAG等。 激光/电弧复合焊接技术之所以受到青睐是由于其兼各热源之长而补各自之 短，具有1+12或更多的“协同效应”。与激光焊接相比，对装配间隙的要求降 低，因而降低了焊前工件制备成本；另外由于有填充焊丝消除了激光焊接时存在 的固有缺陷，焊缝更加致密。与电弧焊相比提高了电弧的稳定性和功率密度，提 高了焊接速度和焊缝熔深，热影响区变小，降低了工件的变形，消除了起弧时的 熔化不良缺陷。在这点上特别适合铝及其合金的焊接。 激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的重大发展，焊接同样板厚的材料可 降低激光功率一半左右，因此大大降低了企业的投资成本，该技术的发展对推 动激光焊接的普及将起重要的作用。 ABS、TCS、VDC等汽车行驶主动安全技术 ABS、TCS、VDC等汽车行驶主动安全技术 一、技术概述 防抱死制系统（Anti-Lock Braking System简称ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。ABS系统 在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由电控单元做出判断，并通 过电磁阀组成的作动器，调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的 范围，来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发 生的后轮侧滑，甩尾，前轮跑偏，提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操 纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。 牵引力控制系统（Traction Control System简称TCS）是ABS基础上的扩展。当汽车在恶劣路 面行驶时，通过控制发动机扭矩、驱动轮制动力矩、差速器锁死等，控制车轮 上的驱动力，防止车轮打滑，取得最好的驱动牵引效果。 车辆行驶动力学调整系统（Vehicle Dynamic Control 简称VDC，德国BOSCH公司又称之为Electronic Stability Program 简称ESP），是在ABS和TCS的基础上，增加汽车转向行驶时横向摆动的角速度传 感器，通过ECU控制内外、前后车轮的驱动力和制动力，确保汽车行驶的横向动 力学稳定状态。VDC的开发成功使所有的工作状态下都能对驾驶员提供主动有效 的行驶安全保证。 二、现状及国内外发展趋势 ABS在国外从80年代开始得到广泛的应用。到目前已是一种较成熟的技术，90年 代初发展到TCS，近两年发展到VDC。技术发展有下列趋势： 继续提高系统的集成度，减少体积和重量； 在原来基础上开发和改进传感器，如零频率响应轮速传感器、横 摆动角速度传感器等； 进一步提高电磁阀的响应速度； 进一步开发适应复杂情况的控制软件，能够对汽车瞬态运动状况 进行精确定量分析、计算和控制； 随着微电子技术的发展，采用16位CPU或32位芯片，并使整车电子 控制系统从分散到集成。 国内的应用研究工作起于80年代后期，开始气制动系统的开发研制发 展到液制动系统。技术上目前在样车上初步实现ABS防抱死功能，但在软件功能 和硬件质量方面与目前国外先进水平有较大差距。 三、“十五”目标及主要研究内容 预计国内ABS装车率在2005年前后有一个较大启动；随着法规的颁布，在大吨位 的客货车、牵引车上将开始成批装用，轿车、轻型车装车率将达20，到2010 年将达6070。当前需要由企业和研究单位结合，做好软、硬件的开发和车 辆的匹配研究工作。 目标：攻克关键技术，完成产品开发，小批量装车试用。 主要研究内容：响应快速、灵敏、精确的各类传感器技术；复杂的 分析、运算、判断、执行、通讯软件技术；电液执行机构的设计、加工技术等 。 工业机器人在自动焊接行业中的应用 （提供：北京机械工业自动化所机电中心 ，作者：王晔，） 【在线联系作者】 一概述 北京机械工业自动化所机电设备中心为苏州某开关厂设计制作的机器人自动焊 接工作站，在生产中具有方便的操作性能。该工作站要完成2种规格的产品焊接 ，对于不同规格的产品采用更换工件的方法切换。（如图1） 二控制系统 本项目采用首钢莫托曼公司的机器人与西门子S7- 200PLC的对接，PLC 系统有独立的机柜，和机器人机柜之间通过专用电缆进行数据通讯（如图2）。 1PLC系统 采用西门子S7- 200PLC实现4台工件回转步进电机的定位控制，液晶显示设定单元的连接，气缸 及按钮、传感器的控制。同时与机器人的控制系统通讯，实现工作站的基本功 能。 2液晶显示设定单元 实现程序号的选择，步进参数的设定，报警的显示。 3焊枪进给机构 采用焊接机器人实现焊枪的进给，可根据不同的焊接工件选择不同的定位程序 。 4工件回转机构 采用步进电机控制工件的旋转速度和角度，其数值可任意设定。 三转轴焊接工作站PLC与机器人的软件连接 1机器人主程序（MAIN） 根据不同条件，分别调出2个不同的工作子程序（WORK）。该程序一直处于扫描 状态，当条件信号满足时进行焊接，焊接完毕，继续扫描，等待下一次焊接指 令。 （1）条件信号（由PLC发出）： IN1- IN2： 01对应品种1； 10对应品种2。 IN5- IN6：工位1-4选择 用4种信号组合（00，01，10，11）来选择4种焊接工位，IN5为低位，IN6为高 位 IN7：动作应许（根据PLC的运行状态，决定是否开始焊接） （2）程序流程：（共4组程序段） A先根据条件信号来判断所需程序号； B用CALL指令调用相应的工作子程序（WORK）。 2工作子程序（WORK） 工作子程序共计2个，对应品种1、2； 条件确认信号： OUT1- OUT2：程序反馈确认信号1- 2，通知PLC收到品种选择信号（由机器人发出）； 01对应品种1； 10对应品种2。 OUT4-OUT5：确认工位号1- 4，通知PLC收到工位选择信号（由机器人发出）； 用4种信号组合（00，01，10，11）来表示4种焊接工位，OUT4为低位，OUT5为 高位。 OUT8焊接指示，用来反馈给PLC焊接过程 2）程序流程： A接受PLC程序号，工位号（IN1，IN2，IN5，IN6） B反馈给PLC程序号，工位号（OUT1，OUT2，OUT4，OUT5） C置位OUT8，通知PLC开始焊接； DCALL焊缝子程序； 焊缝子程序是机器人通过示教后产生，主要是记录机器人的焊枪在示教过程中 的运动轨迹。 E完成全部焊缝后，OUT8复位，通知PLC，该件焊接完毕。 机器人主程序品种选择数值换算表： 四. 工作方法 1开机 打开气源开关，调整减压阀使压力在56Mpa之间。打开PLC驱动柜总电源开关 ，确认柜内可编程控制器电源开关、稳压电源开关闭合后，打开机器人驱动柜 电源开关. 2参数输入与设定 当接通气源、电源后，即可在触摸式显示屏上输入工件品种。 3.装入工件（如图3） 在外侧的工位上装入工件,装好后,按下相应工位的就绪按扭,等待机器人焊接.( 开机第一次焊接时,须按一下相应工位的工位变换按钮,把就绪的外侧工位旋转 至内侧,以后便自动转入.) 4.卸工件 焊接完毕后，PLC驱动柜里的扬声器声响提示。此时，若该工位的外侧工位就绪 灯已亮，则变位机旋转180度，焊接完的工位在外侧卸工件。若该工位的外侧工 位就绪灯未亮，按相应手控盒上的工位变换按钮也可使变位机旋转180度。 五. 结束语 本系统结构简单，性能稳定可靠，操作方便。为机器人自动焊接技术的实现提 供了一个很好的实例。 请问当前哪种品牌电磁阀好 难说啊，但我去到客户里看到的大部份以SMC、AIRTAC、KOGANEI、FESTO为 主。其中smc的SY系列、airtac的4v、4a系列，festo的MFH系列。但airtac的假 货的确太多了。 SMC主要在气体控制上用的很多，毕竟是亚洲的东西，在中国肯定用的多。ASCO N的在很多场合都可以用，应该算是国际第一品牌吧，在中国的用量未必是第一 ，但至少是第二吧。听说SMC的也在开始卖，不过比起前2个来那就差太远了。 另外AIRTAC、PARKER、KOGANEI、KANAN、FESTO等都有电磁阀卖，具体的用量就 很难说了。 Asco ,Honeywell(parker) ,Danfoss等多种品牌各有特色,ASCO 主要在化工领域,HONEYELL主要在石油领域,DANFOSS主要在空调领域.但是HONEW ELL将电磁阀转让给PARKER后,PARKER好象没有太重市场,惟有在液压行业与BOSS 及力士乐有竞争,逐渐消声,而ASCO,诺冠, SMC,CKD,FESTO等在销售市场均以气动元件及气动用电磁阀为主,因此电磁阀当 前进口品牌多以气动和液压市场为主. 弧焊机器人的选购应用 首先，为了满足机器人工作空间内任一位姿可达，要有5个自由度，但为了避障 ，一般应有6个自由度。对于焊接机器人，焊枪送丝机的重量一般都不大，为5K g至6Kg。由于机器人的空间机构构形不同，即使同样负载，连杆尺寸相近的机 器人其空间运动范围也是相差很大的，一般说，平行四边形结构的机器人空间 运动范围小于关节型机器人。所以，吊装或壁装机器人一般用关节型机器人。 点到点的运动精度一般为+/-0.1mm或+/- 0.05mm，最大运动速度为1m/s至1.5m/s；在价格相近的情况下，尽量选择精度 高，运动速度大的产品，因为以上指标反映了机器人的全面素质，同时也与机 器人性能衰减有关。 关于I/O功能，一般机器人的I/O接口除了可被主程序（JOB）寻址操作外，还可 以进行内部PLC式编程；对于内部PLC的要求，主要是性能可靠，因为受应用限 制，它比一般的通用PLC功能要差一些，一般只具备最基本的逻辑和时序功能， 故对性能要求不能太高。运动插补功能一般要求具有关节，直线，圆弧等功能 就可以了。现在的机器人一般都有比较完善的自诊断和安全防护功能；一般机 器人的平均无故障时 间大约为20000小时以上 即按一天两班工作制（16小时/天），五年内不会发生故障。对于弧焊机器人， 为了完成模仿人焊接的动作而得到高质量的焊缝，还要求有摆动功能，有了这 种功能，机器人也就具备了以电弧作传感器进行焊缝跟踪的条件。对于第二代 弧焊机器人，除了有示教再现功能外，还应具有一定的对周围环境的适应能力 ，比如焊接开始点检测和焊缝跟踪功能。对于焊缝跟踪功能，目前已经发展了 如机械接触式、电磁感应式、电弧感应式、光电感应式和视觉传感器等。关于 弧焊机器人的辅助设备如焊机，送丝机，焊枪及焊枪清理装置，水冷装置等要 求有比较高的可靠性。机器人焊枪是一个非常重要的部件，应当特制。对于工 程机械或大型设备制造和汽车工业的焊接，有条件的厂家应尽量选择好一些的 焊枪和焊枪清理设备，一定会从中受益的。四、点焊机器人的选购应用 点焊机器人对于运动的要求一般不象弧焊机器人那么严格(理论上甚至只要求点 到点的运动功能)，点到点重复定位精度为+/- 0.5mm以下就可以了，对轨迹的重复定位精度要求也不太严格，只要运动范围满 足生产要求就可以了；对机器人的要求是力量大，结构刚性好，结实可靠，点 焊机器人的主要选择指标在点焊设备。焊钳和电源是点焊机器人附助设备中最 重要的设备，电源的效率直接决定机器人负载 的大小和水流量的多少，并且由于点焊设备耗能极大，所以提高电源效率对节 能具有重大点意义，一体化焊钳主要就看它的电源变压器质量。当车间里点焊 机很多时，耗电量极大，如果光靠提高车间供电变压器的容量，势必造成资源 和金钱的浪费，而且当多台焊机同时工作时，容易造成电网负载陡增，电网电 压陡降的情况，因此，应设置焊接群控系统，对多台焊机进行群控，实现焊接 电流的分时交错，稳定电网电压，保证焊点的质量。焊钳的选择主要看形状是 否能适应工作要求，再有就是要看水、气路和接头是否设计合理，是否易发生 漏气、漏水事故。电缆的选择也很重要，要求选用无感电缆。对于一体化焊钳 ，由于将电网动力电直接接到焊接变压器上，如果将电源线随意放置，那么由 于机器人的不断运动，会与电源线发生磨擦，如果导线裸露，后果不堪设想， 因此，一要选择耐磨电缆，二要把电缆随机器人固定好或干脆用耐磨软管套在 电缆外边。有的机器人生产厂家的产品设计时考虑的很周到，可以将水、电、 气等管线穿过机器人本体内部或能很方便地固定于机器人本体上，这样就避免 了出现以上后果的可能。压缩空气和水的供应质量也很重要，必须先经过过滤 ，去除水中的杂质和空气中的尘埃颗粒，否则时间久了会发生堵塞或腐蚀，造 成水压、气压不足，影响产品的质量和焊钳的寿命。 机器人的定义和基本组成 由于研究的侧重点不同，对于机器人的定义，国际上目前尚未有明确的统 一标准。综合各种定义，可将机器人理解为：机器人是一种在计算机控制下的 可编程的自动机器，根据所处的环境和作业需要，它具有至少一项或多项拟人 功能，另外还可能程度不同地具有某些环境感知能力（如视觉、力觉、触觉、 接近觉等），以及语言功能乃至逻辑思维、判断决策功能等，从而使它能在要 求的环境中代替人进行作业。 机器人一般由以下部分组成： 1. 机