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焊接機(jī)器人在推動(dòng)焊接自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)
本文對(duì)在自動(dòng)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展、焊接機(jī)器人自動(dòng)化應(yīng)用的問(wèn)題與解決、焊接機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例四個(gè)方面做了簡(jiǎn)單的介紹。
1、焊接機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)
機(jī)器人從誕生到現(xiàn)在，使用多的是在焊接領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2007年底全世界在役的焊接機(jī)器人安裝總量已接近4O萬(wàn)臺(tái)。焊接機(jī)器人作為一種先進(jìn)的焊接設(shè)備，其應(yīng)用得到了大力的推廣，是使我國(guó)焊接業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代的一個(gè)重要標(biāo)志。
隨著科技水平的進(jìn)步，人們對(duì)焊接質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。自動(dòng)化生產(chǎn)要求減少人力，提高產(chǎn)品一致性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更適合大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。而人工焊接時(shí)，由于受到技術(shù)水平、疲勞程度、責(zé)任心、生理極限等客觀和主觀因素的應(yīng)影響，難以較長(zhǎng)時(shí)間保持焊接工作的穩(wěn)定性和一致性。而且，由于焊接惡劣的工作條件，愿意從事手工焊接的人在減少，熟練的技術(shù)工人更有短缺的趨勢(shì)?？梢哉f(shuō)，焊接機(jī)器人很大程度上滿足了焊接自動(dòng)化的要求，自動(dòng)化生產(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為以下幾條：
?。?）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度和干伸長(zhǎng)量等對(duì)焊接結(jié)果有著決定作用。采用機(jī)器人焊接時(shí)，每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定。而人工焊接時(shí)，焊接速度、干伸長(zhǎng)量等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性。
?。?）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量。機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是同定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃非常明確。
?。?）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。機(jī)器人可24h連續(xù)生產(chǎn)。隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，采用機(jī)器人焊接，效率提高得更為明顯。
?。?）改善了勞動(dòng)條件。采用機(jī)器人焊接，工人只需要裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、炯霧和飛濺等。對(duì)于點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)，工人無(wú)需搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，使工人從高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
?。?）縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資?？蓪?shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。機(jī)器人與專機(jī)的大區(qū)別就是可以通過(guò)修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。
2、系統(tǒng)的發(fā)展
電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及的發(fā)展為焊接過(guò)程的自動(dòng)化提供了有利的條件，并己滲透到焊接的各個(gè)領(lǐng)域。從嚴(yán)格意義上講，焊接是一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)或工作站，包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、焊機(jī)系統(tǒng)及送絲單元、變位機(jī)、裝等部件。典型的焊接機(jī)器人系統(tǒng)有三種形式：焊接機(jī)器人工作站、焊接機(jī)器人生產(chǎn)線、焊接專機(jī)。焊接機(jī)器人工作站一般適用于中、小批量生產(chǎn)，被焊工件的焊縫可以短而多，形狀較復(fù)雜；焊接機(jī)器人生產(chǎn)線特別適合在產(chǎn)品品種多，每批數(shù)量又很少的情況下采用；焊接專機(jī)適用于批量大、改型慢的產(chǎn)品，對(duì)焊縫數(shù)量較少，焊縫較長(zhǎng)，形狀規(guī)則的工件也較為適用。選用哪種自動(dòng)化焊接生產(chǎn)形式，需根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況而定。
近年來(lái)，弧焊逆變器的技術(shù)已趨于成熟，機(jī)器人專用弧焊逆變電源大多為單片微機(jī)控制的IGBT弧焊逆變器，并配以精細(xì)的波形控制和模糊控制技術(shù)，工作頻率20-50kHz，高可達(dá)220kHz。焊接系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)特性，適合機(jī)器人自動(dòng)化和智能化焊接?；『鸽娫吹陌l(fā)展不斷向著數(shù)字化方向邁進(jìn)，焊接機(jī)器人焊接電源的發(fā)展方向是采用全數(shù)字化焊機(jī)。這種焊接電源的大特點(diǎn)是焊接參數(shù)穩(wěn)定，受網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)、溫升、元器件老化等因素的影響很小，具有較高的重復(fù)性，焊接質(zhì)量穩(wěn)定、成形良好，加之DSP的響應(yīng)速度快，可以根據(jù)主控制系統(tǒng)的指令（給定值）精確控制逆變電源的輸出，使之具有輸出多種電流波形和弧壓高速穩(wěn)定調(diào)節(jié)的功能，可以滿足多種焊接方法對(duì)電源的要求。
3、焊接機(jī)器人自動(dòng)化應(yīng)用的問(wèn)題與解決
目前應(yīng)用中的焊接機(jī)器人仍然是“示教再現(xiàn)型”，其焊接路徑和工藝參數(shù)是預(yù)先設(shè)置的，對(duì)作業(yè)條件的一致性要求非常嚴(yán)格，并且在焊接過(guò)程中缺少對(duì)外部信息傳感反饋和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的功能。然而，實(shí)際焊接過(guò)程中的環(huán)境和條件的變化是不可避免的，如焊接工件加工和裝配誤差造成接頭位置、焊縫間隙和尺寸的分散性，示教軌跡與實(shí)際焊縫的差異、焊接過(guò)程中熱變形、熔透及焊縫成形不穩(wěn)定等因素都會(huì)引起焊接質(zhì)量的波動(dòng)，并導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生。為了克服焊接過(guò)程中各種不確定性因素對(duì)精密焊接質(zhì)量的影響，迫切需要采用信息反饋、智能控制等技術(shù)提高現(xiàn)行焊接機(jī)器人的適應(yīng)性或智能化水平，使之能實(shí)現(xiàn)初始焊位識(shí)別與自主導(dǎo)引、實(shí)時(shí)焊縫糾偏與跟蹤，焊接熔池動(dòng)態(tài)特征信息獲取、工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和焊縫成形的實(shí)時(shí)控制，即實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接過(guò)程的自主智能控制，從而彌補(bǔ)焊接機(jī)器人在自動(dòng)焊接方面的不足。
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