焊接机器人的应用与

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【摘 要】焊接生产线机械自动化技术的应用经历了仿制、自行研制、稳步发展三个阶段.焊接制造行业的焊接专机将得到普遍应用,焊接生产过程中,机械化与自动化程度将提高15%左右,焊接自动化程度将达到40~50%,为了发展焊接自动化技术,中国在“九五”计划中已将围绕计算机技术的CIMS技术、CAD/CAM、CAPP、CAPM等技术列为重点推广项目.本文主要介绍焊接机器人技术的发展历程及应用现状.对焊接技术的种类及其特点做了简要介绍.并且将焊接机器人的视觉控制技术、智能控制技术及嵌入式控制技术等作为焊接机器人智能化技术的发展方向.


【关 键 词】焊接机器人;智能机器人;焊接技术;应用现状;发展趋势

1.焊接机器人的发展历程及现状

1.1焊接机器人的发展历程

1959年,美国诞生了世界上第一台工业机器人UNIMATE.此后,机器人的应用和技术发展经历了以下三个阶段:

第一阶段:示教再现型机器人.

这类机器人没有反馈外界信息的能力,不能够适应工作环境的变化.因此,在实际生产中受到了很大限制.

第二阶段:可感知机器人.

这类机器人可感知到外界环境.工作时,外界信息可通过传感器获得,从而,可以灵活调整工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作.

第三阶段:智能型机器人.

这类机器人具有感觉能力,同时还具有独立判断、推理和决策的能力.不仅能够在不同的外部环境中工作,而且还能够完成更加复杂的动作.因此,这类机器人在工业生产中得到了广泛的应用.

1.2焊接机器人的应用现状

在工业生产中,焊接机器人具有焊接质量稳定、适应工作环境、提高生产效率等特点,被广泛应用于汽车制造、工程机械和金属结构等领域.

上个世纪80年代初,我国就对工业机器人的应用展开了深入研究.经过二十多年的努力,在技术和应用方面均取得了可喜的成绩.并且,在制造业的发展中,发挥了重要的推动作用.近年来,我国在焊接机器人领域呈现出快速增长的势头,增长率超过了60%.2005年我国新增机器人数量超过了5000台,但仅占亚洲新增数量的6%.这样的增长速度远远落后于我国经济发展的速度.这说明我国制造业的自动化程度以及工业机器人的应用程度都有待于进一步提高.

2.焊接技术基础知识

2.1焊接的种类及特点

根据焊接过程的特点可将其分为熔焊、压焊和钎焊三大类.

(1)熔焊.熔焊是指,将待焊处的母材金属熔化,以形成焊缝的焊接方法.

(2)压焊.压焊是指,在焊接过程中,必须对焊件施加压力来完成焊接的方法.

(3)钎焊.钎焊是指,用比母材熔点低的金属材料作钎料,将钎料和焊件加热到一定的温度(即高于钎料熔点,低于母材熔点),液态的钎料填充于接头间隙,并与母材相互扩散来实现连接焊件的焊接方法.

2.2焊接技术在工业生产中的地位

在工业制造中,金属是一种最为常见的重要材料.汽车、飞机、轮船等制造领域都会使用大量的金属材料.在这些工业产品的制造过程中,焊接就是把各种各样加工好的零件,按相应的设计要求连接起来制成产品的一种加工方法.

据不完全统计,目前整个制造业有将近一半的金属产品都是通过焊接加工的方法制作的.现如今,随着焊接技术的发展,焊接技术几乎遍及所有制造领域.并且,成为制造领域的关键技术之一.因此,焊接技术水平的高低,是衡量一个国家科学技术先进程度的重要标志之一.没有现代焊接技术的发展,就不会有现代工业和科学技术的今天.

随着国际化先进工业生产技术的发展,对焊接技术提出了多样化的要求.具体体现在以下几个方面:

(1)在焊接产品的使用方面,提出了动载、强韧、高压、高温等多项要求.

(2)从焊接产品结构形式上,提出了焊接厚壁零件到精密零件的要求.

(3)从焊接材料的选择上,提出了焊接各种黑色金属和有色金属的要求.

这就使得我国在焊接技术领域不得不投入大量的高新技术人才,来深入的研究具有更高技术含量的焊接技术.

3.焊接机器人的发展及趋势

据不完全统计,服务于焊接加工领域的焊接机器人占全世界在役的工业机器人中的一半左右.其实,焊接机器人就是在焊接生产过程中,代替焊工从事焊接任务的工业机器人.这些焊接机器人中,只有少数是专为某种焊接方式设计的,而大多数的焊接机器人就是在通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的.在多任务环境中,一台机器人并不仅仅完成焊接作业,甚至还可以完成包括焊接在内的取物、搬运及安装等多种任务.编程人员可以向机器人输入相应的程序指令.机器人可以根据程序指令自动更换机械手上的工具来完成相应的任务.因此,从某种意义上来说,工业机器人的发展历史就是焊接机器人的发展历史.

在发达国家,焊接机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向.国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业的生产线都是以大量使用工业机器人代替人工来完成作业的.从而使产品的质量更加得以保障,生产效率得到了大大的提高.许多国家通过长期使用工业机器人的实践表明,工业机器人的技术水平及其普及程度是体现该国家工业发展水平重要因素之一,也是实现自动化生产、提高生产效率、推动企业和社会生产力发展的有效手段.

3.1焊接机器人在焊接生产中的应用

众所周知,在制造业中,焊接加工是一种生产环境差、危险性高的职业之一.而且,焊接加工对焊工技术水平的要求也是比较高的.它要求焊工必须具有熟练的操作技能、丰富的实践经验和稳定的焊接水平.焊接机器人的出现,使人们能够从极为恶劣的工作环境中解脱出来,减轻焊工的劳动强度,同时也可以提高焊接的质量和效率.焊接机器人有直角坐标式、柱面坐标式、球面坐标式、多关节坐标式、伸缩式、爬行式等多种结构形式.在实际使用中,可以根据不同的场合选用不同的结构形式,来完成相应的工作任务.模仿人手臂功能的多关节机器人,由于可以在空间自由度内任意动作,手臂灵活性最大,能够使焊的空间位置和姿态调至任意状态,来满足焊接的需要,因此也是目前使用最为广泛的一种.

由于焊接机器人技术的不断提高,并且电弧传感器技术在机器人焊接中得到广泛应用,在一定程度上,解决了机器人电弧焊的焊缝轨迹跟踪和控制的问题.在汽车制造业中,由于焊接机器人的广泛应用,也从原来比较单一的汽车装配点焊很快发展为汽车零部件和装配过程中的电弧焊.因为机器人电弧焊具有可通过程序随时改变焊接轨迹和焊接顺序的特点,因此最适用于工件品种变化大、焊缝短而多、形状复杂的产品.而这种产品又大多出现在汽车车体上,正好又符合了汽车制造业的特点.再加上现在的汽车款式越来越多,更新速度也越来越快,采用带有机器人装备的汽车生产线更能够满足当今社会汽车制造业的飞速发展.

3.2焊接机器人的最新进展

随着计算机技术、传感器技术及网络技术的快速发展,机器人技术也得到了飞速发展.制造成本不断降低,而其质量与性能却在迅速提高.具体体现在以下两个方面:

(1)工业机器人.工业机器人已广泛地应用于各种自动化生产线,由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成,是一种仿人操作、自动控制,可重复编程,能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动生产设备.

(2)先进机器人.近年来,人类活动领域不断扩大,机器人应用也从制造领域向非制造领域发展.在宇宙探测、海洋开发、建筑、采掘、医疗服务等行业都提出了自动化和机器人化的要求,如太空机器人、核事故机器人、医用机器人、仿生机器人等.

3.3焊接机器人的发展趋势

目前,国际机器人界内人士都在对机器人的共性技术展开更深入的研究.焊接机器人也在不断的向智能化和多样化的方向发展.

在当今高质量、高效率的焊接生产中,焊接机器人发挥了极其重要的作用.工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的发展进步.近年来,焊接机器人技术的研究与应用,在焊缝跟踪、信息传感、智能控制等方面都取得了突出的成果.随着计算机技术、智能控制技术和人工智能技术等先进技术的不断发展,焊接机器人技术领域还有很多等待我们去认真研究的问题,特别是焊接机器人的视觉控制技术、智能化控制技术、嵌入式控制技术等方面将是未来研究的主要方向.

【参考文献】

[1]雷玉成,陈希章,朱强.金属材料焊接工艺.化学工业出版社,2007.

[2]卢立楷.汽车机器人焊接工程.机械工业出版社,2006.

[3]林尚扬,李成桐.焊接机器人及其应用.机械工业出版社,2000.

[4]陈善本,林涛.智能化焊接机器人技术.机械工业出版社,2006.

[5]杜则裕.焊接科学基础.机械工业出版社,2012.

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