焊接机器人技术的发展

焊接机器人技术的发展关键字：焊接柔性跟踪调控着的因素的推动，焊接制造工艺正经历着从手工焊到自动焊的过渡。焊接过程自动化、机器人化以及智能化已成为焊接行业的发展趋势，智能化焊接技术已成为焊接界研究的新热点。工作业逐步发展成一定规模的机械化、自动化以及机器人焊接制造。性要求严格，焊接过程中缺乏“柔性”和适应性，表现出明显的缺点。机器人，推进机器人焊接的智能化水平提高。来，机器人的应用和技术发展经历了三个阶段：应用受到很大限制。得的信息，灵活调整工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。能力。（系统）方向发展。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“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了与此同时于1986年将发展机器人列入国家"863"高科技计划"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，我国焊接够实现小批量生产。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、用户。早在70年代末，上海电焊机厂与上海进了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，可以说90年代以来的技术引进和生产设备、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。焊机器人为主，主要分布在工程机械（10%）、摩托车（6%几大汽车制造厂，从中还能看出，我国焊接机器人的衡，也不够广泛。进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入，汽车行业年都有近千台的数量增长。估计我国目前焊接机器人4000台左右。汽车行业焊接机器人所占的比例会进一步提高。公司产品。特别是近两年新安装的机器人焊接系统中已经看不到不能批量生产，形成规模，有以下几个主要原因：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。一定的政策和资金支持，加速我国国产机器人的发展。术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，及发展前景空间巨大。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。的均一性。笨重的手工焊钳，使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。加明显。定的，因此安排生产计划非常明确。改程序以适应不同工件的生产。接工艺方法、遥控焊接技术等方面。器技术与控制理论方法为主，其中传感技术的研究又以电弧传感器件距离的变化而引起的焊接参数变化，来探测焊炬高度和左右偏差。电弧传感器一般分为三类：并列双丝电弧传感器、摆动电弧传感器、于近代模糊数学和神经网络的出现以及应用到焊接这个复杂的非线性系统中使得焊缝跟踪进入了智能焊缝跟踪的新时代。自动编程技术是当前研究的重点。多机器人系统是指为完成某一任务由若干个机器人通过合作与调。对于由紧耦合子任务组成的复杂任务而言，协调问题尤其突出。控制是目前的一个研究热点问题。机器人在研制、设计和试验过程中，经常需要对其进行运动学、械手作为仿真对象，运用计算机图形技术CAD技术和机器人学理遥控焊接是指人在离开现场的安全环境中对焊接设备和焊接过现完全的自主焊接，因此需要采用遥控焊接技术。目前美国、欧洲、进行这方面的研究。4.6TCP（toolcenterpoint工具中心点）自动校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TCP校零，但一般全过程需要组成。当焊枪以不同姿态经过TCP支座时，激光传感器都将记录下在最少的时间内恢复TCP零位。近年来由于我国汽车、集装箱、机车车辆、工程机热输入，热影响区小，焊接变形小，焊接气孔率低等。器人的应用也推动了这一先进焊接技术的发展。一个共用的送双丝的电缆。为了防止同相位的两个电弧的相互干扰，常采用脉冲MIG/脉冲MAG焊法，并保持两个电弧轮流交替燃烧。无飞溅的过渡过程，真正做到“1个脉冲过渡1大小几乎完全相同，其大小是由电弧功率来决定。Twinarc法的主司。Tandem法的主要厂家有德国的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2～3mm达24kg/h。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20世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，焊接同样板该技术的发展对推动激光焊接的普及将起重要的作用。的波形控制和模糊控制技术工作频率在20～50KHZ，最高的可达200kHZ，焊接系统具有十分优良的动特性，非常适合机器人自动化糊控制方法的焊接电源，可以更好保证焊缝熔宽和熔深的基本一致，另外，利用DSP的快速响应，可以通过主控制系统的指令精确控制功能，适应多种焊接方法对电源的要求。气体保护焊接工艺，如双丝气体保护焊、T.M.E焊、热丝TIG焊、还使焊接速度和熔敷效率提高数倍至几十倍。伺服机器人焊钳，就是利用伺服电机替代压缩空气做为动力源的一种新型焊钳。它具有以下优点：焊接参数数据，保证焊接质量。业环境。(3)高生产效率伺服焊钳的加压开放动作由机器人来自动控制。节拍，提高生产效率。因此，伺服焊钳还不能被广泛采用。但是，考虑到伺服焊钳的优势，焊钳会越来越多应用于生产线上。工业机器人技术的研究、发展与应用，有力地推动重要的作用。展趋势看，智能化控制技术将是焊接机器人技术发展的主要方向。焊接机器人视觉控制技术是通过对焊接区图像进行采集产生视频信号送至图像处理机，对图像进行快速处理并提取跟踪特征参量，烁来实现焊接过程中的焊缝跟踪，典型的例子是利用带有CCD摄像机的微型计算机控制系统对焊接熔池行为进行观察和控制。现在，基于激光三角形的视觉系统具有高度的灵活性而且价格低、精度高、应焊接机器人焊接优先选用的视觉系统。效解决精度较低、自适应能力有限及设备产生振荡现象等问题。制领域的渗透。用神经网络设计的控制系统适应性、鲁棒性均较好，神经网络建立焊接过程模型从而解决线性控制方法所不能克服的问络控制系统中使用较多的是前馈式多层神经网络。嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经液晶显示器，可以替代CRT显示器在控制系统中所扮演的角色，具有更好的控制性能嵌入式为焊接工艺的在线监测提供了新的技术方法，它能确保焊接质量“零缺陷”的目标得以实现。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，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装线都是由国外机器人系统集成商设计制造的。我国的机器人系统集成商来说如何抓住机遇是当前要题，从另一方面讲也决定着国产焊接机器人的命运。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。的不断发展，焊接机器人技术领域还有很多亟待我们去研究的问题，要方向。目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人和其它工业机器人一样，不断向智能化和多样化方向发展。具体而言，表现在如下几个方面：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比。例如，以德国KUKA公司为代表的机器人公司，已将机器人并联平行四边形结伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是此类产品。2)机器人控制系统：制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜全数字控制。人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点，在某些领域的离线编程已实现实用化。3)机器人传感技术：机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加适应性。遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。4)网络通信功能：日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现标准化设备发展。在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它情况下，建立预先显示进行遥控等。6)虚拟机器人技术：虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程机器人的虚拟遥操作和人机交互。7)机器人性能价格比：机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集统的可靠性MTBF一般为几千小时，而现在已达到5万小时，可以满足任何场合的需求。8)多智能体调控技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。力的重要途径。我国是一个制造业大国，尚处于工业化进程之中，在未来相当长然而目前我国装备制造业的整体水平与发达国家相比尚有较大的其他行业经济发展的关键瓶颈问题之一。21世纪基础制造装备的水平主要体现在高精度、高效率、低成本同时提高制造效率。精密成形技术在工业发达国家已得