陳恒峰 盛會 郭輝 劉宇
摘要:根據(jù)焊接機器人的國內(nèi)外研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀,分析現(xiàn)有焊接機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢及存在的主要問題,探討其需要解決的關(guān)鍵技術(shù),展望其未來的主要發(fā)展方向,旨在為焊接機器人在工業(yè)制造業(yè)中廣泛應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞:焊接機器人;智能化;控制技術(shù);自動化
中圖分類號:TG456;TP242.2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-1161(2016)05-0060-02
焊接技術(shù)是衡量一個國家工業(yè)制造業(yè)發(fā)展水平的重要指標。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展,對焊接技術(shù)的要求越來越高。根據(jù)使用環(huán)境對焊接產(chǎn)品提出動載荷、強韌度、高壓性、耐高溫性、抗低溫性和耐腐蝕等多項要求;從焊接產(chǎn)品安裝結(jié)構(gòu)形式上提出焊接零件加工厚度、焊接成型美觀與安裝尺寸精度等要求;從焊接材料選擇上提出焊材與母材機械性能與物理性能的要求。
焊接生產(chǎn)過程可分為人工焊接和機器人焊接2種。人工焊接效率低下,而且工作環(huán)境惡劣,勞動強度和負荷高,不適于焊接鋁、鈦等活潑金屬,以及難溶金屬、低熔點金屬。機器人焊接生產(chǎn)效率高,焊接成型較完美,且可焊接活潑、難溶及低熔點金屬,通過固定程序消除人為不可控因素,可保證焊接產(chǎn)品的品質(zhì)。
1 焊接機器人應(yīng)用優(yōu)勢
眾所周知,焊接是一個高技術(shù)的工作,要求從業(yè)人員除具有高超的焊接技能、豐富的實踐工作經(jīng)驗、穩(wěn)定可靠的焊接水平外,還要能在多煙塵、高危險、大熱輻射量的惡劣環(huán)境中工作,對從業(yè)人員的身體傷害嚴重。焊接人員從業(yè)周期短,熟練技術(shù)工培養(yǎng)周期長,導(dǎo)致從業(yè)人員素質(zhì)水平良莠不齊,生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。工業(yè)機器人的出現(xiàn),減輕了焊接從業(yè)人員的勞動強度,使他們遠離高危險、熱輻射量大的惡劣環(huán)境,通過固定的控制程序與路徑保證焊接質(zhì)量。
焊接與其他的工業(yè)加工過程不同,被焊接件在焊接部位局部加熱、冷卻時產(chǎn)生焊接應(yīng)力,發(fā)生局部變形,導(dǎo)致焊縫軌跡發(fā)生變化,零件產(chǎn)品的尺寸精度、外形形狀發(fā)生改變,無法滿足裝配要求。有經(jīng)驗的焊工從業(yè)人員可以根據(jù)觀察焊縫的實際位置,適時調(diào)整焊槍角度、焊接姿態(tài)、焊槍行走速度、焊縫焊接順序、焊機工藝輸入?yún)?shù),保證焊接質(zhì)量水平。焊接機器人要完成此項工作,必須對焊接物在焊接過程中發(fā)生的變化進行時時跟蹤,再根據(jù)情況對焊槍位置和狀態(tài)進行調(diào)整。
焊接過程中存在強烈的弧光、噪聲、煙塵、焊接短路、電流強磁場等復(fù)雜因素,焊接機器人提取焊縫檢測信號特征很不穩(wěn)定。因此,焊接機器人早期的應(yīng)用領(lǐng)域比較狹窄,多應(yīng)用于汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點焊。原因在于電阻點焊的運動過程相對少,動作比較單一,焊縫的焊接長度短,控制程序操作方便,且不需要對焊縫軌跡進行時時跟蹤反饋,對焊接機器人的運動定位精度和動作重復(fù)精度、程序控制準確性要求比較低。點焊機器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用,提高了汽車裝配零部件的焊接生產(chǎn)效率與成品質(zhì)量,電子控制程序使焊接機器人具有柔性工作特點,即只要改變電子控制程序,就可在同一條生產(chǎn)流水線上對不同車型裝配零部件進行焊接。
隨著電子科技的快速發(fā)展,為了對焊接機器人的速度、精度、動作進行精準控制,研發(fā)了電弧傳感器技術(shù),使焊接機器人能夠準確應(yīng)對焊縫變化,對過程進行時時跟蹤,再根據(jù)情況對焊槍位置和狀態(tài)進行調(diào)整。此后,焊接機器人的應(yīng)用從比較單一的電阻電焊發(fā)展到汽車零部件、零件裝配過程中的電弧焊。
另外,電弧焊接機器人不僅在汽車制造業(yè)中使用,還涉及電弧焊其它制造工業(yè),如船舶制造業(yè)、交通車輛制造業(yè)、鍋爐壓力容器件、重型機械零部件,用范圍日趨廣泛,在數(shù)量規(guī)模上將趕超點焊機器人,成為工廠制造業(yè)的新寵兒。
2 焊接機器人國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
機器人在80年代前發(fā)展緩慢,直到90年代,計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電子信息技術(shù)的快速發(fā)展,推動機器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,使機器人的制造水平、反應(yīng)速度、運動精度、運行可靠性等指標不斷提高。工業(yè)規(guī)?;⒘慵ㄓ没?、產(chǎn)品標準化生產(chǎn)讓機器人的制作成本、使用成本降低,使大批量采購、使用成為可能。據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界一大半的工業(yè)機器人從事著各種各樣的焊接工作。焊接機器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善勞動環(huán)境、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,因此,西方國家加大焊接機器人數(shù)量,建設(shè)標準的自動化、智能化無人流水生產(chǎn)線,用于汽車零部件、工程、通用機械的金屬結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。
我國從20世紀80年代開始進行機器人研究與開發(fā),目前基本掌握了相關(guān)工業(yè)制造、控制系統(tǒng)硬件生產(chǎn)和軟件開發(fā)、運動行走軌跡選擇等技術(shù),可獨立生產(chǎn)機器人核心關(guān)鍵零部件,開發(fā)多種工業(yè)機器人,特別是用于汽車制造生產(chǎn)線上的電弧焊機器人。
但整體上來看,我國的焊接機器人制造水平還不高,如產(chǎn)品的工作可靠性能不穩(wěn)定,工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域起步晚、應(yīng)用范圍小、生產(chǎn)技術(shù)落后、軟件開發(fā)時間周期長,應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的規(guī)模小,未形成焊接制造機器人產(chǎn)業(yè)鏈。目前,我國焊接器人發(fā)展模式是根據(jù)用戶要求,單一定制重新設(shè)計,導(dǎo)致品種規(guī)格繁多、產(chǎn)業(yè)批量小、零部件的通用性差、標準化程度低、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高、使用維護不便,使用的穩(wěn)定性、可靠性差。因此,迫切需要解決焊接機器人工業(yè)產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù),對產(chǎn)品進行全面細致規(guī)劃,搞好產(chǎn)品系列化生產(chǎn),使零件具有通用性、互換性,積極推進整機工業(yè)化產(chǎn)業(yè)進程。
3 焊接機器人發(fā)展趨勢
焊接機器人的研究取得很大進步,在焊縫跟蹤、信息傳遞、路徑規(guī)劃、自動化控制、遙控焊接工藝等方面取得很多成果。但在大型船舶焊接過程中,重要部件還需要人工焊接。這是因為焊接件材料厚度過厚或兩焊接材料厚度差過大時,受熱不均、溶池過淺、點受熱過于集中等問題,易導(dǎo)致焊縫未融合、未焊透、冷裂紋等致命缺陷,這是焊接機器人無法解決的。焊接機器人的主要發(fā)展方向是大批量、結(jié)構(gòu)相對簡單、空間便于操作、母材焊接厚度10 mm以下的零件產(chǎn)品及其裝配焊接。
隨著網(wǎng)絡(luò)、計算機、智能控制技術(shù)的快速發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷完善,焊接機器人將向智能化控制、視覺化控制、網(wǎng)絡(luò)遠程控制等方面發(fā)展。
4 結(jié)語
在新的國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中,我國將逐步從世界制造工廠向集創(chuàng)新、生產(chǎn)、研發(fā)、銷售為一體的新型經(jīng)濟體轉(zhuǎn)變。近年來,歐美國家加快自動化、數(shù)控化、智能化、柔性化生產(chǎn)大型成套設(shè)備研發(fā),尤其是加快工業(yè)機器人智能化、集成化發(fā)展。我國也應(yīng)加快包括焊接機器人在內(nèi)的工業(yè)機器人產(chǎn)品系列化生產(chǎn),提高零件通用性、互換性,創(chuàng)新結(jié)構(gòu)部件模塊化設(shè)計,將現(xiàn)有的智能化控制、視覺化控制、網(wǎng)絡(luò)遠程控制技術(shù)融入產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)中。
參考文獻
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Abstract: According to the development and application status of the welding robot at home and abroad, this paper analyzed the advantages and the main existing problems of the available welding robot in the application of industrial production, discussed the key technology needed to solve, and looked forward the main development direction in the future. Aim to provide a reference for welding robot to use widely in industrial manufacturing.
Key words: welding robot; intelligent; control technology; automation