第二章 焊接方法-機器人自動化焊接

2025/1/160機器人自動化焊接早期的焊接自動化程度低，基本是手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)某個產(chǎn)品只能由某個人或某幾個人完成的情況，出現(xiàn)了“王麻子菜刀”、“張小泉剪刀”、“張氏陀螺”。手工操作受操作人員情緒等個人狀態(tài)的影響，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。所以現(xiàn)代企業(yè)要盡量擺脫這種對專門人員的依賴，采用自動化的機器設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量及效率。20世紀70年代：工業(yè)機器人技術(shù)被應(yīng)用到焊接領(lǐng)域，焊接自動化程度發(fā)生了質(zhì)的飛躍，焊接質(zhì)量及效率得到顯著提高。隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)的產(chǎn)品從單一品種大批量生產(chǎn)變?yōu)槎嗥贩N小批量，要求生產(chǎn)線具有更大的柔性。所以焊接機器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，機器人焊接已成為焊接自動化的發(fā)展趨勢。一、機器人自動化焊接概述1.機器人自動化焊接概述

一、機器人自動化焊接概述2.機器人自動化焊接優(yōu)點

采用機器人焊接，具有如下優(yōu)點：易于實現(xiàn)焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高，保證其均一性；提高生產(chǎn)率，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)，機器人不會疲倦；改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下長期工作；降低對工人操作技術(shù)難度的要求；縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資；可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化；可作為數(shù)字化制造的一個環(huán)節(jié)。1954年，美國人G.Devol和J.Engleberger設(shè)計了一臺可編程的機器人1961年，他們生產(chǎn)了世界上第一臺工業(yè)機器人“Unimates”，并獲得了專利1962年，Engleberger成立了Unimation公司，他被稱為“機器人之父”日本從上世紀70年代中后期開始開發(fā)工業(yè)機器人，15年后就成為產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的世界工業(yè)機器人“王國”。我國機器人應(yīng)用發(fā)展較快，1996年我國焊接機器人僅為500臺，目前以每年30％以上的速度增長。據(jù)估計我國目前焊接機器人的安裝臺數(shù)在4000臺左右。Unimates機器人3二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀二、工業(yè)機器人的發(fā)展及現(xiàn)狀主要機器人廠家日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等美國：Adept等歐洲：奧地利IGM、德國CLOOS、KUKA、瑞典ABB韓國：HYUNDAI沈陽新松FANUC4三、機器人的分類機器人分類方法很多按照技術(shù)水平劃分：第一代：示教再現(xiàn)型，具有記憶能力。目前，絕大部分應(yīng)用中的工業(yè)機器人均屬于這一類。缺點是操作人員的水平影響工作質(zhì)量。第二代：初步智能機器人，對外界有反饋能力。部分已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)中。第三代：智能機器人，具有高度的適應(yīng)性，有自行學(xué)習(xí)、推理、決策等功能，處在研究階段。5按照基本結(jié)構(gòu)劃分：直角坐標型，

也稱“機床型”圓柱坐標型球坐標型全關(guān)節(jié)型6三、機器人的分類按照受控運動方式劃分：點位控制（PTP）型，PointtoPoint,如點焊、搬運機器人連續(xù)軌跡控制（CP）型，ContinousPath，如弧焊、噴漆機器人按驅(qū)動方式劃分：氣壓驅(qū)動（壓縮空氣）液壓驅(qū)動（重型機器人，如搬運、點焊機器人）電驅(qū)動（電動機），應(yīng)用最多7三、機器人的分類按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分：工業(yè)機器人，面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人。特種機器人，用于非制造業(yè)的各種機器人，服務(wù)機器人、水下機器人、農(nóng)業(yè)機器人、軍用機器人等8三、機器人的分類伐根機器人摘果機器人9三、機器人的分類擦玻璃機器人無人潛水器10三、機器人的分類排爆機器人外科手術(shù)機器人11三、機器人的分類雙足仿人機器人球機器人12三、機器人的分類華宇I(lǐng)型弧焊機器人13三、機器人的分類弧焊機器人點焊機器人14三、機器人的分類機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等四、機器人組成部分機器人系統(tǒng)機器人控制柜機器人本體示教盒機器人焊接系統(tǒng)組成：

1.機器人系統(tǒng)、

2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、

2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等焊接電源送絲機電纜總成焊槍焊接系統(tǒng)防碰撞裝置防碰撞實際上為一常閉觸點，當碰撞發(fā)生時，由于焊槍偏離正常位置而導(dǎo)致防碰撞內(nèi)部彈簧受壓變形，常閉觸點斷開，信號返回控制系統(tǒng)，機器人停止運行。機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、

2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等焊接系統(tǒng)作用：用于冷卻焊接過程中因為大電流產(chǎn)生的高溫，對焊槍及槍纜的冷卻。機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、

2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等焊接系統(tǒng)焊接循環(huán)冷卻水箱（選配）直線龍門架周圍設(shè)備機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、2.焊接系統(tǒng)、

3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等傾翻式適合于管狀焊件L形頭尾架周圍設(shè)備變位機周圍設(shè)備雙工位雙變位機雙工位實質(zhì)一套機器人焊接系統(tǒng)中具有兩個獨立的焊接工裝。雙變位機實質(zhì)兩個焊接變位機共用一套支撐立柱并可利用旋轉(zhuǎn)電機進行位置的互換。周圍設(shè)備機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、2.焊接系統(tǒng)、

3.周圍設(shè)備、4.安全裝置5.其它附件等除塵裝置機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、

4.安全裝置5.其它附件等安全裝置擋光屏光電開關(guān)主要作用：減少焊接弧光對人體的損害。安全光柵的作用：機器人工作時有人進入機器人工作區(qū)域，造成設(shè)備或人員的損傷機器人焊接系統(tǒng)組成：1.機器人系統(tǒng)、2.焊接系統(tǒng)、3.周圍設(shè)備、4.安全裝置

5.其它附件等其他附件清槍剪絲裝置的作用：1）剪斷焊絲保證焊絲干伸長；2）清理噴嘴內(nèi)粘連的大顆粒飛濺；3）噴硅油減少焊接時噴嘴粘連大顆粒飛濺；4）校正機器人重復(fù)定位精度。a.清槍剪絲機構(gòu)b.工裝自動潤滑機構(gòu)c.外部控制按鈕盒五、機器人的編程基礎(chǔ)

機器人是一個軟件可控的機電裝置，可通過編程定義其作業(yè)內(nèi)容。目前，對機器人編程的方式可以分為以下三種：示教編程機器人語言編程離線編程261、示教編程示教編程是目前工業(yè)機器人廣泛使用的編程方法，根據(jù)任務(wù)的需要，將機器人末端工具移動到所需的位置及姿態(tài)，然后把每一個位姿連同運行速度、焊接參數(shù)等記錄并存儲下來，機器人便可以按照示教的位姿再現(xiàn)。示教方式有兩種：手把手示教示教盒示教27五、機器人的編程基礎(chǔ)示教盒控制器現(xiàn)場示教編程的優(yōu)點：不需要預(yù)備知識和復(fù)雜的計算機裝置，方法簡單、易于掌握。示教編程的缺點：

占用生產(chǎn)時間，難于適應(yīng)小批量、多品種的柔性生產(chǎn)需要；編程人員工作環(huán)境差、強度大，一旦失誤，會造成人員傷亡或設(shè)備損壞；編程效率低。28五、機器人的編程基礎(chǔ)2、機器人語言

機器人語言提供了一種通用的人與機器人之間的通訊手段。它是一種專用語言，用符號描述機器人的運動，與常用的計算機編程語言相似。1973年，Stanford人工智能實驗室開發(fā)了第一種機器人語言－WAVE語言。1974年，該實驗室開發(fā)了AL語言1979年，Unimation公司開發(fā)了VAL語言（類似于BASIC）1984年，該公司推出了VALII語言其他的機器人語言：IBM公司的AML語言及AUTOPASS語言、MIT的LAMA語言、Automatix公司的RAIL語言等。29五、機器人的編程基礎(chǔ)根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，機器人語言通常分為三級：動作級：每一個指令對應(yīng)于一個動作，如MOVETO<destination>，優(yōu)點為：語句簡潔，易于編程，缺點為：不能進行復(fù)雜的運算，不能接受傳感器信息。VAL屬于動作級。對象級:是描述操作物體間關(guān)系使機器人動作的語言。具有運動控制（與動作級語言類似的功能）、處理傳感信息、通信和數(shù)字運算、良好的擴展性（用戶可根據(jù)需要增加指令）等特點。AML、AUTOPASS屬于對象級。任務(wù)級：是比較高級的機器人語言，允許操作人員下達直接命令，不必規(guī)定機器人的動作細節(jié)。如：焊接工件A，需要非常高的智能，目前還沒有真正的任務(wù)級語言。30五、機器人的編程基礎(chǔ)0000NOP0001MOVJVJ＝10.000002MOVLV=8000003ARCONASF#(1)0004MOVLV=1000005ARCOF0006END空操作以10％關(guān)節(jié)速度移動到焊縫起點附近一點以800mm/min速度移動到焊縫起點按照文件ASF＃（1）的參數(shù)起弧按照100mm/min的焊接速度焊接熄弧結(jié)束MOTOMANXRC控制器語言：焊接一段直線焊縫31五、機器人的編程基礎(chǔ)3、離線編程

在計算機中建立設(shè)備、環(huán)境及工件的三維模型，在這樣一個虛擬的環(huán)境中對機器人進行編程。機器人離線編程（OffLineProgramming，OLP）系統(tǒng)是機器人語言編程的拓展，它充分利用了計算機圖形學(xué)的成果，建立機器人及其工作環(huán)境的模型，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作在離線的情況下進行編程。OLP控制器現(xiàn)場32五、機器人的編程基礎(chǔ)離線編程的優(yōu)點

減少機器人不工作時間改善了編程環(huán)境；使編程者遠離危險的工作環(huán)境提高了編程效率與質(zhì)量；可使用高級語言對復(fù)雜任務(wù)編程便于和CAD系統(tǒng)集成,實現(xiàn)CAD/CAM／Robotics一體化。示教編程離線編程需要實際機器人系統(tǒng)和工作環(huán)境編程時機器人停止工作在實際系統(tǒng)上試驗程序編程的質(zhì)量取決于編程者的經(jīng)驗很難實現(xiàn)復(fù)雜的機器人軌跡路徑需要機器人系統(tǒng)和工作環(huán)境的圖形模型編程不影響機器人工作通過仿真試驗程序用規(guī)劃技術(shù)可進行最佳參數(shù)及路徑規(guī)劃可實現(xiàn)復(fù)雜運動軌跡的編程33五、機器人的編程基礎(chǔ)基本操作：1、接通電源；2、示教：教機器人工作；3、再現(xiàn)：機器人執(zhí)行示教的工作。4、切斷電源。究竟如何才能讓機器人工作呢？六、示教型機器人基本操作六、示教型機器人基本操作六、示教型機器人基本操作六、示教型機器人基本操作

在焊接厚板或角焊縫時，焊槍擺動，干伸長的不同，導(dǎo)致實際的焊接電流與設(shè)定的電流不同，干伸長越短，實際電流就越大，干伸長越長，實際電流就越小。利用這個原理，相應(yīng)的軟件實時處理檢測到的電流變化、焊槍所在的位置，進而來修正機器人的實際軌跡，保證軌跡中心線始終在坡口中間，同時保證焊槍與焊縫的高度方向上的一致。七、機器人焊接關(guān)鍵技術(shù)1.橫向追蹤與縱向追蹤橫向追蹤：保證焊絲始終在焊道的中央。一般設(shè)置為（20～35）縱向電弧追蹤：保證導(dǎo)電嘴距離焊道的距離一致。（一般為5～10）注：1：船型位焊接圓弧時，如果焊接角度或焊接輔助點選擇不當，會導(dǎo)致縱向電弧追蹤發(fā)生偏差，嚴重時會導(dǎo)致機器人嚴重碰撞。2：有閃縫的情況下不能使用縱向電弧追蹤。3：對接焊縫不能使用電弧追蹤。4：T型接頭的立板或底板長度較短時，不適合加電弧追蹤。5：根據(jù)本部動臂機器人使用工況，雙絲焊接時不適合加電弧追蹤（針對于kuka機器人）實際焊接中可以選擇兩種電弧追蹤及T和T1（一個加縱向電弧追蹤另一個不加縱向電弧追蹤），根據(jù)工件的現(xiàn)場使用情況選擇是否添加電弧追蹤。

七、機器人焊接關(guān)鍵技術(shù)2.接觸尋位當運行尋位語句時，尋位功能打開，當焊絲碰到工件時，RDC內(nèi)部繼電器線圈得電，其對應(yīng)的常開閉合，快速測量通道導(dǎo)通，并機器人記錄當時的空間坐標。當焊絲用同樣運動參數(shù)去接觸第二、第三工件時，機器人會記錄第二、第三個工件的空間坐標，并且可以計算出實際位置相對于示教位置的偏移量，并補償偏移自動地變更機器人路徑，從而保證準確找到焊縫。七、機器人焊接關(guān)鍵技術(shù)接觸尋位注意事項（1）保持工件表面清潔，不要有油污或油漆（2）保證干伸長一致（3）正確設(shè)置向量的起始點和查找點的位置（垂直于尋位接觸面）（4）將查找距離、尋找速度、返回速度設(shè)為合適的值（5）查找完、修正后要將向量關(guān)閉，注意賦值的對象和位置（6）修改點位置時，注意點上是否帶有向量（7）使用聯(lián)動時，注意base的選用，雙工位時注意base號的選擇（8）搜尋點和焊縫點必須保證是不變的相對位置關(guān)系七、機器人焊接關(guān)鍵技術(shù)3.焊槍角度的選擇角焊縫：焊高小于6～8mm的焊縫，焊絲可直接對準焊縫，縱向傾斜45。（垂直于焊道方向），橫向傾斜10～15。推焊（為保證焊達率和焊接過程中機器人的安全，起弧或收弧點的姿態(tài)視工況而定）。船型位：條件允許的情況下，焊絲直接對準焊道。七、機器人焊接關(guān)鍵技術(shù)八、機器人常見故障處理1、控制閃縫大小2、定期維護保養(yǎng)3、控制拼點偏差保證焊接質(zhì)量及焊接連續(xù)性的關(guān)鍵要素八、機器人常見故障處理九、機器人維護與保養(yǎng)機器人日常保養(yǎng)和維護1.機器人日常保養(yǎng)2.機械手的保養(yǎng)注意事項3.電控箱的保養(yǎng)九、機器人維護與保養(yǎng)1.機器人日常保養(yǎng)（一）1.檢查電控箱通風(fēng)是否良好2.檢查機器人電纜線、示教盒和操作面板及周邊設(shè)備是否有損傷現(xiàn)象3.平時運行中注意機器人有無異音和其他不正?，F(xiàn)象4.保持機器人和電控箱周圍清潔5.正確開機關(guān)機九、機器人維護與保養(yǎng)1.機器人日常保養(yǎng)（二）本體和電控箱內(nèi)鋰電池之維護1.本體和電控箱內(nèi)鋰電池如低于2.8伏就必須更換2.更換電池時必須在電控箱和本體通電的狀態(tài)下進行本體內(nèi)加油注意事項1.加油孔和出油孔不能混淆2.油品要分清楚，千萬不能加錯油3.加油后運轉(zhuǎn)半小時，使其充分潤滑后再密封九、機器人維護與保養(yǎng)1.切勿在機械手臂上加裝重量的物品。2.正確地施加油品方式及施打日期，并注意油的氣味及是否含有金屬粒在內(nèi)。3.在示教時切記減少摩擦或碰撞的現(xiàn)象發(fā)生。4.正確地使用速度，勿全部從頭到尾都是示教極速。5.平常檢查是否有油品滲漏的現(xiàn)象或油塞損壞。6.檢查是否有齒隙以及噪音出現(xiàn)，尤其高濕度環(huán)境或潮濕地段。7.底座螺絲以及所有螺絲的檢查。2.機械手保養(yǎng)的注意事項九、機器人維護與保養(yǎng)3.電控箱的保養(yǎng)1.散熱以及通風(fēng)是否良好，風(fēng)扇是否正常運轉(zhuǎn)。2.粉塵的清潔。3.內(nèi)部的電源接頭以及主電源的電壓，以及護地線是否牢固。4.切記勿在機器人的地方做手工焊接的搭線，此舉可能會把機器人馬達編碼器燒毀或引發(fā)其讓故障。5.請把不要的孔位給蓋住，以防動物侵入咬斷電線。十、機器人的安全操作安全警示1.安全在生產(chǎn)中是最重要的，無論是自身的安全，還是他人及設(shè)備的安全都很重要，所以在這里我們把安全放在一切工作的首位。2.首先我們來介紹一下在生產(chǎn)操作中應(yīng)注意哪些安全問題，應(yīng)該怎么解決。機器人與其他機械設(shè)備的要求通常不同，如果大動作范圍，快速的操作，機械臂的快速運動等，這些都會造成安全隱患，所以說安全最重要，首先要保證自己的人身安全，和設(shè)備的安全。十、機器人的安全操作系統(tǒng)外圍安全要點1.在機器人動作范圍內(nèi)示教時，要遵循以下事項：保持從正面觀看機器人；遵守操作步驟；考慮機器人突然向自己所處方位運動時的應(yīng)變方案；確保設(shè)置躲避場所，以防萬一。2.在進行以下作業(yè)時，請確認機器人的動作范圍有沒有人：設(shè)備接通電源時；用示教器編程時；操作機器人時；試運行時；自動再現(xiàn)時。3.不慎進入與機器人發(fā)生接觸時或發(fā)生異常，請立即按下急停鍵十