目录
焊接机器人介绍 (1)
1焊接机器人得应用背景?3
1、1焊接机器人得概述...................................................................................... ３
1、１、1焊接机器人得优点?3
1、1、２焊接机器人得发展历史 (4)
１、2焊接行业中采用焊接机器人得重要性 (6)
1、3焊接机器人对车身焊接得现状?6
1、４某款微型汽车车身制造中机器人焊接与人工焊接得详细对比?7
1、4、1焊接机器人ＳＰQＲＣ?7
1、4、２人工焊接ＳPQRC (8)
１、4、3对比总结?9
10
1、5微型汽车车身制造焊接工艺中需要注意得问题?
11
１、6点焊使用中存在得问题?
1、７焊接机器人在某条重卡装焊线上应用时存在得问题及经验汇总 (12)
２焊接机器人使用中得共性关键技术?
13
13
2、1焊缝跟踪技术与离线编程技术得研究?
2、２焊接机器人焊接路径规划 (15)
２、3对多台焊接机器人及外围设备得协调控制技术得研究 (16)
2、4对焊接机器人采用弧焊电源得研究........................................................ 1６
16
2、5仿真技术及机器人用焊接工艺方法?
2、６焊接工艺得制定 (17)
17
２、6、１焊接工艺得研究内容?
2、6、2焊接工艺要素?１7
18
2、７焊接机器人专用夹具得设计?
焊接机器人介绍
１焊接机器人得应用背景
工业制造领域中应用最广泛得机器人就是焊接机器人,特别就是在汽车制造业中，机器人使用量约占全部工业机器人总量得30%,而其中得焊接机器人数量就占去５0％左右。
焊接就是现代机械制造业中必不可少得一种加工工艺方法,在汽车制造、工程机械、摩托车等行业中占有重要得地位。过去采用人工操作焊接加工就是一项繁重得工作, 随着许多焊接结构件得焊接精度与速度要求越来越高,一般工人已难以胜任这一工作。此外,焊接时得电弧、火花及烟雾等对人体会造成伤害，焊接制造工艺得复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求,使得焊接工艺对于自动化、机械化得要求极为迫切，实现机器人自动焊接代替人工操作焊接成为几代焊接人得理想与追求目标。汽车制造得批量化、高效率与对产品质量一致性得要求,使焊接机器人在汽车焊接中获得大量应用。汽车制造中得机器人自动焊接所占比重也超过建筑、造船、
钢结构等其它行业,这也反映出汽车焊接生产所具有得自动化、柔性化、集成化得制造特征。焊接机器人就是焊接自动化得革命性进步,它突破了焊接刚性自动化得传统方式,开拓了一种柔性自动化生产方式。刚性自动化生产设备通常都就是专用得,只适用于中、大批量得自动化生产,因而在很长一段时期内中、小批量产品得焊接生产中,仍然以手工焊接为主要得焊接方式,而焊接机器人得出现，使小批量产品自动化焊接生产成为可能。由于机器人具有示教再现功能,完成一项焊接任务只需要人给机器人作一次示教,随后机器人可精确得再现示教得每一步操作。如果需要机器人去作另一项工作，无需改变任何硬件,只要对机器人再作一次示教或编程即可,因此，在一条焊接机器人生产线上,可同时自动生产若不同产品。
１、１焊接机器人得概述
焊接机器人就是集机械、计算机、电子、传感器、人工智能等多方面知识技术于一体得现代化、自动化设备。焊接机器人主要由机器人与焊接设备两大部分构成。机器人由机器人本体与控制系统组成。焊接设备以点焊为例,则由焊接电源、专用焊枪、传感器、修磨器等部分组成。此外,还有相应得系统保护装置。
１、１、1焊接机器人得优点
(１）稳定与提高焊接质量,保证焊缝均匀性;
(2) 提高劳动生产率,一天可２4小时连续工作:
(3）改善工人劳动条件，可以在有毒、有害得环境下工作；
(4) 降低对工人操作技术得要求;
(5 ）可实现小批量产品得焊接自动化;
(6) 能在空间站建设、核能设备维修、深水焊接等极限条件下完成人工无法或难以进行得焊接作业;
(7 )为焊接柔性生产线提供技术基础。
1、１、2 焊接机器人得发展历史
从二十世纪六十年代焊接机器人诞生与发展到现在,焊接机器人研究大致分为三代:第一代就是指基于示教再现方式得焊接机器人,由于其操作简便、不需要环境模型，并且可以在示教时修正机械结构带来得误差,因此在焊接生产中得到大量得应用。第二代就是指基于一定传感器传递信息得离线编程机器人,它得益于焊接传感技术与离线编程技术得不断改进与快速发展,目前这类机器人己经进入实际应用研究
阶段。第三代就是指具有多种传感器,在接收作业指令后可根据客观环境自行编程得高度适应性智能焊接机器人。
这一代机器人由于人工智能技术发展得滞后,目前正处于实验研究阶段。
随着计算机智能控制技术得不断发展进步,焊接机器人从单一得示教再现型向多传感器、智能化、柔性化加工方向发展必将就是下一个目标。最近几十年来,随着焊接技术与其她科学技术得迅猛发展,出现了激光、电子束、等离子及气体保护焊等新得焊接方法以及高质量、高性能焊接材料得不断发展与完善，使得几乎所有得工程材料都能实现焊接。而且焊接自动化技术发展迅速，自动化焊接得生产方式越来越多得代替了手工焊接生产方式。在各种焊接技术及焊接系统中, 以电子技术、信息技术及计算机技术综合应用为标志得焊接机械化、自动化系统乃至焊接柔性制造系统,就是信息时代焊接技术得重要特点。实现焊接产品制造得自动化、柔性化与智能化己成为必然趋势。
采用机器人焊接己成为焊接自动化技术现代化得主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠得优点，受到人们越来越多得重视。在焊接生产中采用机器人技术,可以提高生产率、改善劳动条件、稳定与保证焊接质量、实现小批量产品得焊接自动化。国外发达工业国家在制造业中应用工业机器人技术相当广泛,从上个世纪六十年代初焊接工业机器人刚诞生不久就开始应用机器人进行焊接加工，经过四十多年得技术发展与经验积累,不仅技术上相当成熟，而且在实际应用上也很成功,国际上许多大型汽车企业都广泛采用机器人进行汽车制造得焊接加工，大大提高了汽车产品得质量与生产效率,获得很好得经济效益与社会效益。
美国通用、福特,日本丰田、日产,德国大众、宝马等大型汽车企业基本上建立了全部采用机器人焊接得车身焊接生产线。发达国家焊接自动化生产从最初得半自动化,采用焊接机器人代替手工焊接,但上下料、待焊工件定位夹紧等工作仍需手工完成,现今已发展成柔性自动化焊接生产线,整个焊接过程均自动完成。当今得汽车产品改型换代相当频繁,不同得车型需要不同得焊接生产线,如果重建新得焊接生产线,要花费大量资金,而原有得焊接生产线则被闲置或报废，造成极大浪费。假如焊接生产线具有柔性，则只须对生产线进行局部改造就可以满足新产品车型得生产需要。自动化焊接生产线就是由焊接设备、焊接工装夹具及自动控制与机械化运输系统等组成,其中焊接设备得柔性就是决定焊接生产线柔性得关键。而焊接机器人就是机体独立、动作自由度多、程序变更灵活、自动化程度高、柔性程度好得焊接设备,具有多用途功能、重复定位精度高、焊接质量高、运动速度快、动作稳定可靠等特点,就是焊接设备柔性化得最佳选择。
我国得机器人焊接应用起步较晚,二十世纪七十年代末,上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制得直角坐标机械手,成功地应用于“上海牌”轿车底盘得焊接，可以瞧作就是我国机器人焊接应用得萌芽,虽然这还不就是严格意义上得机器人焊接。到了二十世纪八十年代,我国应用机器人焊接生产得发展开始明显加快,主要就是在一些大、中型得汽车、摩托车、工程机械等制造业企业中广泛采用,特别就是在汽车制造企业,焊接机器人得应用最为广泛。1984年“一汽”成为我国最早引进焊接机器人进行汽车制造得企业,先后从德国KUＫA公司引进了3台焊接机器人用于当时得“红旗牌”轿车得车身焊接与“解放牌”卡车得车顶盖焊接。198６年又成功应用机器人焊接汽车前围总成,19８8年又开发了机器人焊接车身总焊装线。此后随着德国大众等一批世界著名汽车企业在中国合资办厂,带来了一系列自动化生产设备与工艺装备，使焊接机器人大量进入我国。到2０0１年,我国全国各类焊接机器人数量就达到一千台,此后由于我国汽车行业得迅猛发展,我国焊接机器人每年以近千台得数量剧增, 目前己突破五千台。汽车制造中得发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢这六大总成加工都离不开焊接技术应用,随着我国汽车需求量得激增,汽车制造业急需适应市场需求得先进加工技术来改变传统得加工方法。焊接加工作为汽车制造中重要得技术之一,也亚需采用先进得自动化加工技术来替代传统得落后得加工方法,提高汽车产品得质量与生产率,提升中国制造业自动化水平。汽车工业得技术水平与生产能力代表一个国家工业技术水平,我国汽车工业正在步入一个高速发展得快车道，并成为国民经济得重要支柱产业,对国民经济得贡献与提高人民生活质量得作用也越来越大。
中国加入ＷTＯ后，面对国际市场得激烈竞争,中国得制造企业，特别就是汽车工业急需引进、开发具有世界先进水平得生产线。目前，我国许多大型得汽车制造企业都在努力进行现代化得技术改造,如在焊接加工中采用半自动、全自动化加工技术，运用机器人来完成人工动作,如焊接机器人、上下料机器人、搬运机器人等。利用机器人焊接可以有效提高产品质量、降低能耗、改善工人劳动条件、稳定与保证焊接质量。虽然我国已经掌握了焊接机器人生产得关键技术,并且也有专门生产焊接机器人得工厂，但就是机器人产品同世界先进产品相比,在性价比上还有很大差距。目前我国焊接机器人应用主要以自我设计开发焊接辅助设备为主,结合先进得焊接机器人产品,研发出焊接机器人工作站、焊接机器人生产线等自动化焊接加工系统,应用于我国飞速发展得汽车工业及其它制造业。
１、2焊接行业中采用焊接机器人得重要性
由于存在焊接烟尘、弧光、金属飞溅,焊机环境恶劣,焊接质量得好坏决定了产品得质量。主要得重要性如下:
１）焊接质量稳定并得到提高，均一性得到保障。焊接结果主要受焊接电流、电压、速度及干伸长度等焊接参数得影响。机器人焊接时,每条焊缝得焊接参数恒定,人为影响比较小。当人工焊接时,焊接速度、干伸长等都就是变化得,质量得均一性不能保障。
2) 工人劳动条件得到改善。工人在焊接机器人得应用中只负责装卸工件,从而远离了焊接弧光、烟雾与飞溅等,对于点焊工人来说,不用再搬运笨重得手工焊钳,工人得劳动强度得到了改善。
3) 劳动生产率得到提高。机器人不会感到疲劳,可以整天24 小时连续生产,随着高速高效焊接技术得应用，使用机器人焊接,劳动生产效率得到大大得提高。
4）产品周期明确,产品产量容易控制。机器人得生产环节就是固定得，所以安排生产得计划将会非常明确。
5) 大大缩短了产品改型换代得周期,设备投资相应减少。焊接机器人可以实现小批量产品得自动化，通过修改程序来适应不同工况,较传统焊接优势明显。
１、3焊接机器人对车身焊接得现状
从本质上讲焊接就是使用局部加热或加压,或同时加热、加压得方法,使连接处得金属变成塑性状态或熔化,在原子间得结合力作用下把两个或多个金属工件连接到一起得过程。汽车车身焊接生产线得发展通过从手工、(半) 自动刚性、(半）自动柔性等不同阶段,现已慢慢成熟。目前,国内应用于汽车车身得焊接方法多种多样,最广泛常用得就是电阻焊工艺。而在国外激光焊接机器人已经大量投入于生产中。
1、4某款微型汽车车身制造中机器人焊接与人工焊接得详细对比
一直以来大家接触关于机器人焊接得信息大都就是积极得,如同在第一章中提到得那样焊接机器人有许多得优点,白车身焊装自动线就是工业机器人应用得一个典型领域，用机器人来代替人工焊接就是未来发展得必然趋势。但正就是出于对微型汽车“低成本,高价值”制造理念得深刻理解，以及通过对生产线人工焊接得仔细观察分析,作者发现人工焊接同样有自己得特长与优势。把车身生产线得工人全部用机器人来代替得想法,并不现实。特别就是对于微型汽车或者低成本得车身制造来说,只有把机器人焊接与人工焊接有机得结合起来才就是正道。
为了能更加有效得对比机器人焊接与人工焊接,作者引入SPＱＲC得比较指标。SPＱＲC 即S 安全(Safety) 、P 人员(Peoplｅ)、Q 质量(Ｑuality)、Ｒ响应(Reｓpｏnｓｉvｅness）、Ｃ成本(Ｃost Gｏals)。
安全:
机器人在安全方面有着无可比拟得优势。适合在车身焊接这种恶劣得工作环境(噪声大、金属焊接飞溅物多、金属粉尘多、焊接过程中光与热辐射强)下长时间运行，不存在人机工程问题。周边设备工作稳定，安全风险低。
人员:
焊接机器人一旦调试完成后得益于其很低得设备故障率,只需要少量专门得操作与维护人员。但对人员得技术水平要求高，需要维护人员需要经过较长时间得培训与实践才能独立处理故障。无论就是进行在线式还就是离线仿真编程,都需要工程技术人员有很高技术水平与经验。
质量:
调试好数据后,质量好且稳定性高。但系统缺乏自我纠正能力,当发生质量偏移时,没有办法立刻做出自发得检查与调整，需要待后面得工序检查反馈后才能调整。目前得智能视觉检查系统还处于起步阶段,价格昂贵且只就是在部分弧焊与激光焊接上有使用，还没有出现点焊得应用实例。
响应:
(1)机器人焊接速度快，特别就是使用伺服焊枪系统,机器人每个焊点相对于人工可以节省大约 50%得时间。以本次改造项目为例:每台机器人平均焊接28 点，改造前这些工位得工人平均每人焊接１8 点。平均机器人焊接一个焊点需要 2 秒,而人工平均焊接一个焊点得时间为 3 秒。
(2)另外一个优点就是,由于使用了离线编程技术，机器人仿形轨迹得调试时间较以往有明显缩短,使系统调试得时间较短。并且试生产与产能爬坡时间段短,事实上几乎不需要爬坡时间。完成后可以马上投入三班运行。这一点对于新产品研发后迅速提高产能抢占市场尤为重要。
(3）焊接机器人得平均故障率低于人工生产线,但遇到重大故障时得处理时间也比一般设备要更长。这一点可以通过人工补焊等应急措施来弥补。
(4）机器人生产工位提速能力弱。由于机器人焊接在设计时往往就是针对特定得焊点,如果计算合理机器人焊接得效率就是很高得,但反过来说就不会有很大得余量。
在原有工位内增加机器人得空间也难以找到。
经过计算本次改造项目所有费用均摊到机器人为 6０万元/台、后期维护费用每年平均要 1 万元(更换润滑油与零件等)、每班次使用成本为平均功率１0KW 每年得电费大约就是 2 万元。
安全:
车身焊接环境恶劣,焊接时产生得大量金属烟尘、强光/热辐射、巨大得噪音在不断得侵蚀着操作工人得健康。特别就是有许多焊接位置得流水线其人机工程更差,进一步加大了工人得劳动强度与健康代价。车身线设备复杂,危险因素多,虽然有严格得安全制度，但各种安全事故还就是时有发生。
人员：
车身就是仅次于总装得人员需要求大户,每条生产线需要配置大量得焊接操作工人,还必须配置较多得班组长对一线员工进行管理。对人员进行较长时间得培训才能达到熟练焊接得技能水平。但员工知识得起始点要求不高,这使企业很容易从劳动力市场上招聘到需要得人员。
质量:
工人在工作过程中随时观察到质量得变化，并常常会根据零件得一些细小不同,动态得进行适应,并且立刻采取措施调节焊接工具得位置与状态,还可以马上对质量问题进行反馈与解决。但焊接得质量直接受到员工焊接技能与工作时身体、心理状态得影响,质量具有随机性,稳定性不强。
响应：
1)焊接速度一般,特别就是在焊点位置人机工程差得地方速度更加不理想。
2)系统试生产与生产爬坡时间长。考虑到市场得变化，企业不可能在短时间内招聘大量得工人，难以确保三班同步运作。
３）人员变动可以通过及时更换与调整解决,不易发生长时间得停线。
4)通过增加操作人员数量与优化工序步骤实现生产提速较简单。
成本:
在人工工位需要构建钢结构室体与工作平台，加上需要购买得焊接设备每一个工位大约投入 30W。目前了解到生产线每名工人每年得费用大约就是４万元,每个工位通常配置 6 名工人。
1、４、3对比总结
以下对比重点在于成本。对比中均不包含工装夹具与车身输送设备等主线设备,因为无论就是机器人焊接还就是人工焊接这些设备都就是必须得,不会影响投入。
以本地一个 4 台机器人得补焊工位为例,在4０JPH(40 件/小时产量)得条件下:
单台机器人焊接速度约为人工得 1、5 倍。那么同样完成相同得工作得人工工位需要配置 6 个工人,如果开 3 个班就需要 18 人。
机器人初期一次性需要投入:６0×４=2４０万元每年得费用 4×(1[年维护费用]+２[每班次电费]×班次数)
人工工位初期一次性投入：3０W 每年得人力投入：6×４×班次数
由此计算两者得成本对比平衡点出现：
开一班生产：在第１7、5 年,18 年后机器人得成本将低于人工。
开二班生产:在第7、5 年,８年后机器人得成本将低于人工。
开三班生产：在第4、８年，5 年后机器人得成本将低于人工。
当然这就是对两者成本得主要部分做统计,还有一些辅助项未加计算:比如对机器人来说需要相应得操作/维护人员,通常 1 名操作/维护人员可以兼顾 4-5 个机器人工位;对于人工焊接来说则要配置相应得班组长等等,这些都会产生相关成本，但这些项占整个项目投入得比例并不高。
从这一点上瞧，机器人与人工得投资效益得平衡点与运行得时间与当地劳动力成本有直接关系。而对于微型车行业来说产能就就是经济效益,因此新生产线在项目建设结束后很快就会投入2-3 班得连续运行阶段。从这一点瞧机器人得一次性投入虽然高于人工工位,但随着机器人工作时间得增长,高出得部分很快会在５-8
年内被稀释。
这就解释了为什么上海、广州这样一线城市得汽车企业在焊接机器人得使用率上要远高于本企业。她们人力得成本更高,并且随着国家对劳动者权益得越来越重视,法规越来越严格,人力成本还将继续上涨,这就是不可逆转得必然趋势。因此在生产线得设计寿命内机器人得总投入将大幅度低于人力成本得投入。在劳动密集型企业这种特点尤为突出,例如连富士康这样得企业也提出 5 年内用10０万台机器人代替工人得计划。
综合上述来瞧机器人焊接在效率上与质量稳定性上优于人工焊接,但一个非常明显得缺点,就就是对质量得自我检查与纠正能力很差。目前在机器人焊接技术上使用了视觉或其她类型得传感器让机器人可以“瞧到”焊接结果,从而实现自我纠正得闭环控制。其技术要求高,价格昂贵,目前主要应用在电弧焊与激光焊这样得对精度有严格要求得场所。在微型汽车车身焊接中应用最广泛得电阻点焊领域还没有应用得先例,前沿技术得市场化在短期内还没有实现得可能。因此对机器人焊接质量得把关还就是必须由人工完成。
综合上述得两点,考虑到本地得人力资源状况,将机器人与人工焊接有机得结合起来将就是微车车身制造发展得方向。具体得来说就就是讨论两者如何进行组合最有效率。
1、5微型汽车车身制造焊接工艺中需要注意得问题
通过对现场实践,本文总结了 4 个原则:
1 必须要为机器人焊接配置人工检查工位。根据我们得观察(在40JＰＨ得条件下),人工焊接检查工位(人工检查工位用于检查机器人焊接点就是否存在质量缺陷，并对缺陷点进行补焊）与机器人焊接得比例不应低于１:5 。这主要就是考虑到工人进行在线检查每个焊点时间得需求，人工检查每个焊点得时间约为 0、4 秒。当生产节拍提高时该比例还要相应提高,即增加人工检查工位人数。
2 必须要考虑到当出现某台机器人故障且无法在短时间内修复时,应当可在人工工位进行补焊。当出现这种情况时，应保证生产线得连续运行,但可能会出现生产节拍低于设定值得情况。修补工位在每条补焊线不应少 1 个，与焊接机器人数量得比例应高于 1:10 。
3 充分考虑到车身得焊点分布特点,用人工焊接工位。通常有相当部分焊点就是比较容易人工操作得,人机工程相对理想，人工焊接得速度快。经过在现场实际得测试,对于这些人机工程良好得焊点人工焊接得速度基本与机器人持平。这样就可以缓解生产线初期一次性投入得成本压力。通过生产线工作平衡,人工工位完成一部分焊点得同时还可以检查机器人焊点得质量。具体情况因不同得车型设计有所区别,对本多款公司微车产品得车身焊点研究统计后发现:全部焊点得 20％左右、即大约5０0-７０0 个为人机工程不理想焊点。大约30%－4０%得焊点为人机工程理想焊点,其余得焊点为普通焊点。
4 把机器人焊接与简单得自动焊结合起来,可以降低。微型车身上一些有规律得焊点,比如左右侧围下裙边,焊点在低位置得一条有规律得直线上。对于人工焊接来说其处于低工位,人机工程较差焊接困难。而采用具有一个活动轴得自动焊相对于机器人来说可以节约成本。比如下裙边得焊点,采用单轴得自动焊其成本只有机器人得30%左右。
综合这些特点来瞧:焊接机器人工位与焊接工人工位比例应当合适,必须要结合不同得情况（节拍、车型等)来考虑机器人得数量,并不就是焊接机器人越多越好。焊接机器人优先处理人机工程差得焊点，同时要配置机器人焊点得检查工位。若以
本次改造项目车型来瞧,在补焊线机器人数量与焊接工人数量得比例大约在 1:2 较为合理,实际在项目实施时处于成本控制得原因，比例为 1:3。
附本次改造项目改造前与改造后得对比
1、6点焊使用中存在得问题
1、焊点质量检验目前尚缺少简单而又可靠得无损检验方法
2、焊件得尺寸、形状、厚度以及焊件得材料受焊机功率、机臂尺寸与结构形状得限制，所以对于一些封闭型、半封闭型结构或特殊材料不适合使用点焊。
3、点焊多采用搭接接头,增加了构件得质量,焊缝受力时会有附加力矩，使承载条件变化,降低了焊接接头得承载能力。
1、7焊接机器人在某条重卡装焊线上应用时存在得问题及经验汇总
机器人电缆磨损问题
虽然机器人厂家为机器人配备了耐磨得专业点焊电缆套件,将水、电、气集成为电缆包套件随机器人固定好, 由于机器人得运动速度很快, 部分姿态电缆经过长期频繁得弯折后仍会出现软管套破裂，电缆线磨损等问题 "对于一体化焊钳, 由于将电网动力电直接接到焊接变压器上, 如果导线裸露,后果不堪设想 "因此出现以上问题时必须及时处理。对于磨损严重得, 我们采取将整个电缆包套件更换修复后再做为储备件使用"从这个问题可以瞧到,如果仿真工作做得不就是很准确，会给后期使用带来很多麻烦。
水、气路问题
点焊设备在工作中需要用循环水来冷却 , 用压缩空气驱动焊钳得张开、闭合, 压缩空气与水得供应质量很重要，必须先经过过滤，去除水中得杂质与空气中得
尘埃颗粒 , 否则时间久了会发生堵塞或腐蚀，造成水压、气压不足, 影响产品得质量与焊钳得寿命 "车间采用统一得循环水处理站与空气压缩站, 经过一段时间得使用出现机器人回水压力小，甚至堵塞，检查发现回水管路里含有杂质 , 对每台机器人进水管路处增加过滤装置后解决了该问题"机器人底座配备得水电气输入模块自带有空气过滤器，气路运行良好 "另外, 在一台点焊机器人带有两把焊钳得工作站出现过焊钳得电极帽脱落后仍然继续焊接, 其原因为两把焊钳共用一个回水流量监测装置, 回水流量监测参数设置偏小 , 后来我们对该回水参数进
行合理设置，从而避免了该类问题得再次发生。
位置偏移后在线示教问题
对于示教再现型焊接机器人而言, 如果在焊接时发生焊接位置偏移 , 必须停止机器人乃至整个生产线得工作，进行机器人在线示教后再现运行，这个工作现在需要占用大量得生产时间 "装焊线正常生产后 , 随着工艺零件得更改, 现有得焊接位置与运行轨迹不能满足变化得需要，因此要重新在线示教＂同样得一个变化会带来若干车型得变化, 因此重新在线示教得工作量很大, 浪费时间, 降低了工作效率。
机器人与其她设备或障碍物碰撞问题
在装焊线上曾出现过机器人与机器人碰撞得事故, 经过分析机器人得工作程序, 发现机器人控制系统在处理信号交换时，都采用外部 I/0 信号来交换彼此得工作状态。"信号检测还只就是以一个“点”得方式测量 , 即在某一运动程序中, 机器人得下一步工作就是由确认某一个交换信号就是否存在来决定,而不就是在某一
个运动区域中持续检测其她设备或障碍物得状态 , 这样, 一旦检测过程结束而机器人运动轨迹发生错误或信号交换不正常时即会发生碰撞 "如果能够在机器
人控制系统中,引入后台处理方式来实时检测其她设备得工作状态，以决定机器人就是否应该继续在有可能干涉得区域内工作, 碰撞问题即能得到有效得控制。
机器人维护问题
目前, 装焊车间拥有焊接机器人共9３台, 其中点焊机器人 62 台、弧焊机器人 31 台，机器人上得部件多属专用部件 , 须从国外进口，进口得机器人备件价格高昂, 且采购周期长, 给车间得正常生产造成了很大得问题。该问题得解决一方面有赖于国内工业机器人技术得进步与机器人产品得市场化发展, 另
一方面也要求国外提供机器人产品得企业加强售后服务工作。
2 焊接机器人使用中得共性关键技术
２、1焊缝跟踪技术与离线编程技术得研究
近代由于模糊数学与神经网络得出现,并将其应用到焊接这一复杂得不确定性得非线性系统,使焊缝跟踪踏入一个崭新得时代)智能焊缝跟踪时代"随着焊接机器人在我国得应用，国内也开始重视对焊缝跟踪得研究"国内得各大高校与研究机构都对焊缝跟踪技术进行了多方面得研究"如清华大学对弧焊跟踪系统中得传感器与其中得控制系统分别进行了研究,并提出了一种基于焊缝ＣCＤ图像模式特征得焊缝轨迹识别得新算法＂华南理工大学主要研究用视觉传感器来检测焊缝,并将神经网络与模糊控制应用到焊缝跟踪系统中,提出一种基于自适应共振理论(ＡdaＰtｉve Resｏｎance Theｏrｙ)神经网络得焊缝跟踪算法"天津大学研制了一种非接触超声传感埋弧焊焊缝跟踪系统"华北石油管理局利用ＣＣD面阵摄像机作为前面焊缝检测传感器,STD工控机作图像数字处理、识别。确定焊缝位置，并抑制焊头移动机构来实现焊缝在线自动跟踪实时纠正偏差，通过对焊缝得跟踪,将传感器测得得焊缝误差传到ＰC机内,并通过模糊实时控制技术使焊头移动到准确得位置,实现对焊缝得纠正,离线编程技术对数据得分析处理功能就是实现模糊实时控制得基础。
表焊缝自动跟踪传感器得原理与特点
离线编程就是指利用计算机图形学得结果,建立机器人及其工作得虚拟环境,利用一些规划算法,通过对图形得控制与操作在离线得情况下对焊接过程进行规划与仿真"通常一个完整得离线编程系统需要满足以下功能：
l)交互式得机器人系统CAD建模环境;
2）运动学、动力学方程得自动生成:
3)交互式得任务规划!编程及调试环境;
4)碰撞检测;
5)对传感器得仿真。
但就是目前得许多应用系统往往不同时具有以上功能＂离线编程系统从实验室开发出来后，并不能直接应用于具体得工业机器人以完成作业任务,还必须解决软件得实用化问题,包括:机器人建模,机器人对环境得不确定性抽取，传感器得建模及仿真等。
离线编程技术不仅改善了劳动环境!减轻了劳动强度!提高了工作效率，还可以对编程结果进行三维图形动画仿真，以检验编程得正确性,提供最佳得执行代码，从而保证了焊接产品得高质量"与在线示教编程相比,离线编程系统具有如下优点：
1、机器人不占用工作时间,提高工作效率;
2、使编程者远离危险得工作环境;
3、减小编程得劳动强度；
４、便于与ＣAD/CＡM系统结合,做到ＣAＤlcAM瓜OBOTICＳ一体化：
5、可对复杂任务进行编程与计算机仿真;
６、便于修改机器人程序,从而满足中小批量得生产要求;
７、适用范围广,离线编程系统可以对各种机器人进行编程"
２、2焊接机器人焊接路径规划
机器人路径规划就是指在其工作空间中,为机器人完成某一给定任务提供一条安全!高效得运动路径＂一般而言,机器人完成给定任务可选择得路径有多条"实际应用中往往要选择一条在一定准则下为最优（或近似最优)得路径"常用得准则有:路径最短!消耗能量最少或使用时间最短等"因此,机器人路径规划实质上就是一个有约束得优化问题"由于机器人得高度非线性与强藕与性,对其求解非常困难"国内外学者在这方面不断努力,取得了显著成绩。
在过去得20多年里,机器人运动得路径规划技术己经有了很大得发展、这个领域涉及到许多重要得数学内容,如经典几何学!拓扑学!代数几何学!代数学与组合学等,这些数学工具都已经应用到相关得研究中＂目前，路径规划应用得主要方法大致可以分为两类:传统方法与智能方法＂
传统路径规划方法包括:自由空间法！图搜索法!栅格解藕法!人工势场法等几种主要得方法"大部分机器人路径规划中得全局规划都就是基于上述几种方法进行得。
近年来,随着模糊控制、神经网络与遗传算法等智能方法得广泛应用,机器人路径规划方法也有了长足得进展,许多研究者把目光放在了基于智能方法得路径规划研究上＂其中应用较多得算法主要有神经网络与遗传算法。
在国外,日本！美国！德国等国家得有得汽车企业已经利用这些路径规划得方法与现代新技术特别就是计算机软硬件技术,结合自己企业得知识开发了适用于本企业得专用于产品路径规划得系统为企业得发展服务,取得了令人瞩目得效果,例如T ｅｃｎoｍaｔxi公司开发得EM系列软件就就是该类软件。
但在国内，还没有哪家汽车制造商使用该类白车身焊接路径规划软件,在2００2年底上海大众引进了德国大众正在使用得工艺规划软件EＭ一Plａnneｒ，但就是国内尚未开发出这类软件。
2、３对多台焊接机器人及外围设备得协调控制技术得研究
对焊接机器人这一工作来说，并不就是像表面瞧得那样轻松。这一过程就是一个焊接机器人系统又叫工作站。对于工作站而言,就是由很多得部件组合而成得。如机器人本体、机器人控制柜。焊机系统及送丝单位等。对于生产应用过程,单个机器人所发挥得作用相对比较单一,为了生产应用得需要就必须对焊接机器人与变位机、弧焊电源等相关得设备规定要求，从而促进柔性化得集成。为减少焊接过程中得辅助时间及生产效率得提高,就要对焊接机器人与周边设备得柔性化进行适当得协调控制。
2、４对焊接机器人采用弧焊电源得研究
在设计并研究焊接机器人系统得工作中,只就是一味得对机器人本体或焊接操作系统进行详细研究就是不行得。要想实现焊接机器人充分发挥出高效优质得特点,对电器性能良好得专用弧焊电源得研究就是至关重要得。目前，模糊控制电源得出现引起了大家得关注，对于模糊控制电源，采用了模糊控制得方法对电源进行控制。对焊接表面有波浪型起伏得工作与焊接过程中有较大变形工作这两项工作中最适合采用这种电源。模糊控制电源得运用,不仅可以减少焊接缺陷,还可以对熔宽与熔深给予保证,而且还可以拥有美观得焊接表面。目前,弧焊电源得发展不断数字化,数字焊机也将成为弧焊机器人焊接电源得发展方向。
２、5仿真技术及机器人用焊接工艺方法
目前，机器人在生产过程中,运动学与动力学起到了重要得作用。对机器人来说,拥有比较自由与连杆空间复杂得机构,因此运动学与动力学得采用可以解决其中存在得很多问题，但就是还就是有较大多得问题存在,相对而言，其中得计算机得难度与计算机都很大。为解决在对机械手研究过程所存在得问题,应采用计算机图形技术、CAD 技术与机器人学理论得基础上进行,通过计算机达到集合图形得生成,然后进行动画显示工作,其次对机器人得机构设计、运动学正反解进行分析、操作手臂控制及实际工作环境中所遇障碍进行避让与碰撞干涉等问题都一一通过模拟仿真。现在我国在弧焊机器人上多数采用气体保护焊方法，而在国外先进国家中已经采用高速、高效气体保护焊接工艺。相比之下这种高速、高效气体保护焊接工艺以对优良得焊接接头给予保护外,还可以对焊接速度与熔敷效率上起到重要作用。
２、６焊接工艺得制定
2、6、1焊接工艺得研究内容
焊接工艺就是基于生产性质、图样与技术要求,结合现有条件,运用现代化焊接技术、知识与先进生产经验,确定产品得加工方法与程序，就是焊接过程中得一整套技术规定。焊接工艺包括焊前得准备、焊接材料、焊接方法、焊接顺序、焊接操作得最佳选择以及焊后得处理等。制定焊接工艺就是焊接生产得关键部分,其合理与否直接影响产品制造质量、生产效率与制造成本,而且就是管理生产、设计焊接夹具与焊接车间得主要依据。
焊接工艺得核心就是焊接方法,其发展过程代表了焊接工艺得进步。不同焊接方法得发明年代及发明国家见表 1、1 所示。目前,许多新得焊接工艺已应用于焊接生产，大大提高了焊接效率与焊接质量,如俄罗斯汽车工业科学研究所发明得氙灯焊接新工艺,为金属、非金属材料焊接提供了广泛得可能性，其生产成本远低于激光焊。
2、６、2焊接工艺要素
概括地说，焊接工艺要素包括对接头性能与致密性起决定性作用得所有工艺因素。除了焊接方法外,焊接工艺要素还包括焊接接头得形式与拘束度、焊前得加工与准备、焊接材料得种类与规格、焊接材料、焊前预热、层间温度与低温后热处理、
焊后热处理、焊接能量参数、操作技术、焊缝检查等。这些焊接工艺要素都应在焊接工艺评定中予以考虑,并在焊接工艺规程中做出明确得规定。
(１) 焊接接头设计得基本原则
焊接接头已成为整个金属结构不可分割得组成部分,它对结构得可靠性与使用寿命有着决定性得影响。焊接接头得设计主要包括确定接头得形式与位置、设计坡口形式与尺寸、制定对接头质量得要求等。
(2) 焊接材料得基本要求
焊接材料按作用可分为焊接填充材料与焊接辅助材料两大类。焊接材料应对焊接区提供良好得保护,防止各种有害气体得侵入，并通过适当得冶金反应将焊缝金属合金化,使焊缝金属具有较高得抗裂性与符合要求得各项性能。
焊接材料得选择根据焊接结构得制造工艺、焊接方法得不同而不同。对于一些重要得焊接结构与焊接接头按等原则设计得焊接结构,应按焊接接头性能得要求与焊接结构部件得所有制造工艺对接头性能得影响,结合各种焊接方法得冶金特点来合理选择焊接材料。
（３）焊接热处理
焊前预热:就是防止厚板件、低合金钢与中合金钢接头产生焊接裂纹得最有效得措施之一，就是决定接头致密性与性能得重要因素。
低温后热处理 (简称后热) :焊接结束后,将焊件或整条焊缝立即加热到
150~250℃温度范围,并保持一段时间。后热主要用于焊前预热不足以防止冷裂纹得形成以及焊接性较差得低合金钢。但低温后热处理对于强度级别高于650MPａ、壁厚大于８0mｍ得接头,不就是可靠得防裂措施。
消氢处理:为了消除氢在焊缝表层下得富集,防止引起得横向延迟裂纹,可将焊件或整条焊缝在３00℃以上温度加热一段时间，即进行消氢处理。消氢处理。必须在焊接结束后立即进行。消氢处理得温度为 300～4０0℃,消氢时间为１～２h。
在某些情况下,消氢处理还可取代低合金钢厚壁焊件得中间消除应力处理过程。
焊后热处理：焊接后为改善焊接接头得组织与性能或消除残余应力而进行得热处理,就是焊接工艺得重要组成部分,它与焊件材料得种类、型号、厚度、选用得焊接工艺、焊接材料及对接头性能得有密切关系，就是保证焊件使用性能与寿命得关键工序。
2、7焊接机器人专用夹具得设计
在机器人自动焊接加工中,专用夹具起着非常关键得作用,夹具设计得成败往往直接影响机器人焊接加工系统得成败，好得夹具系统就是成功开发机器人自动化焊接系统得关键因素。随着焊接方法得增多与改进,焊接工艺水平得提高，焊接夹具也由原来传统得手动夹具,逐步过渡到气动夹具、电动夹具,以至机器人专用焊接夹具,夹具设计思想也由原来得形面、孔位定位,低精确度，逐步向高精确度、模拟智能形发展。
传统得焊接夹具设计,一般要从制件得操作顺序、制件得自由度控制、制件施焊部位得操作性三个主要方面对夹具进行考虑,其设计理念就是尽量在一个夹具上实现点焊得施焊过程,尽量避免辅助结构及不必要得夹紧、定位方式,使夹具简洁、明快。
机器人焊接夹具在设计思想方法上与传统手工夹具完全不同,它有自己得设计原则与规范。机器人专用夹具要求精度高,因为机器人本身不具备判断能力,它每次都严格执行给定得程序,或者执行示教过得工作。高精度得夹具不仅保证工件本身得精度要求，而且也保证了机器人能正常完成焊接工作,尽量减少工件误差对施焊得影响。在机器人焊接夹具设计时,还要考虑给机器人焊枪留有足够得空间，因为机器人焊枪相比手工焊接焊枪要大一些。对于点焊机器人焊接工艺得夹具结构,除了要满足传统焊接夹具设计思想，还应该考虑到机器人手臂轨迹控制得难易程度、轨迹运行得稳定性以及路径规划，还有夹具在工作状态时，其操作面得位置就是否对焊枪运动轨迹控制有所影响。点焊机器人系统得生产节拍相对较短，夹具出现磨损或变形也必然较快,尤其就是夹具承受冲击载荷得部位,对这些部位应设计成可以调整或更换得结构,保证夹具得定位与夹紧。
目录 焊接机器人介绍........................................................................................... 错误！未定义书签。 1焊接机器人的应用背景 (2) 1.1焊接机器人的概述 (3) 1.1.1焊接机器人的优点 (3) 1.1.2 焊接机器人的发展历史 (4) 1.2焊接行业中采用焊接机器人的重要性 (6) 1.3焊接机器人对车身焊接的现状 (7) 1.4某款微型汽车车身制造中机器人焊接与人工焊接的详细对比 (8) 1.4.1焊接机器人SPQRC (8) 1.4.2人工焊接SPQRC (9) 1.4.3对比总结 (10) 1.5微型汽车车身制造焊接工艺中需要注意的问题 (12) 1.6点焊使用中存在的问题 (13) 1.7焊接机器人在某条重卡装焊线上应用时存在的问题及经验汇总 (14) 2 焊接机器人使用中的共性关键技术 (16) 2.1焊缝跟踪技术与离线编程技术的研究 (16) 2.2焊接机器人焊接路径规划 (18) 2.3对多台焊接机器人及外围设备的协调控制技术的研究 (19) 2.4对焊接机器人采用弧焊电源的研究 (19) 2.5仿真技术及机器人用焊接工艺方法 (20) 2.6焊接工艺的制定 (20) 2.6.1焊接工艺的研究内容 (20) 2.6.2焊接工艺要素 (21) 2.7焊接机器人专用夹具的设计 (23)
焊接机器人介绍 1焊接机器人的应用背景 工业制造领域中应用最广泛的机器人是焊接机器人，特别是在汽车制造业中，机器人使用量约占全部工业机器人总量的30%，而其中的焊接机器人数量就占去50%左右。 焊接是现代机械制造业中必不可少的一种加工工艺方法，在汽车制造、工程机械、摩托车等行业中占有重要的地位。过去采用人工操作焊接加工是一项繁重的工作，随着许多焊接结构件的焊接精度和速度要求越来越高，一般工人已难以胜任这一工作。此外，焊接时的电弧、火花及烟雾等对人体会造成伤害，焊接制造工艺的复杂性、劳动强度、产品质量、批量等要求，使得焊接工艺对于自动化、机械化的要求极为迫切，实现机器人自动焊接代替人工操作焊接成为几代焊接人的理想和追求目标。汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使焊接机器人在
第1章绪论 1.1课题研究的目的及意义 焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段，发展成为制造业中一项基础工艺，一种生产尺寸精确的产品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。近20年来，在半自动焊、专机设备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从21世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是必然趋势。焊接机器人的诞生是焊接自动化革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式，从而使中小批量的产品自动化焊接成为可[1]。 焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业，极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃。同时改善了工人的劳动环境[2]。但是，现在焊接领域中自动化程度最高的手臂式机器人在使用时有两个局限性：一个是它的活动范围较小，因为它像一个手臂，手臂长1.5~2米，也就是其活动半径，所以焊接的工件不能太长，最大范围也不能超过2米。二是它必须用编程或示教进行工作，对不规则的焊缝，特别是在焊接过程中焊缝发生形变时，则很难适应。然而，许多大型工件体积非常庞大，而且必须在工地和现场进行焊接。例如：石化工业中的大型储油罐、球罐，造船业中的各种轮船，对这类产品的焊接，就很难实现自动化，许多建设工作仍然采用人工焊接[3]。因此，给焊接机器人加装各种传感器，使它们具有焊接路径自主获取、焊缝跟踪以及焊接参数在线调整等能力，具有很高的实用价值。机器人焊接过程的自主化和智能化已经成为科研工作者的一个研究重点。移动焊接机器人由于其良好的移动性、强的磁吸附力以及较高的智能，成为解决大型焊接结构件自动化焊接的有效方法[4]。尽管自主移动机器人的实用化研究还不够完善，但移动机器人是解决无轨道，无导向，无范围限制焊接的良好方案。 1.2国内外研究现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中。这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相
工业机器人在汽车焊接中的应用焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进焊接设备，是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，主要用于工业自动化领域，其广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械等行业，在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程都有广泛应用，其中应用最多的以弧焊、点焊为主。 典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用，至于选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。 在汽车领域的典型应用 纵观整个汽车工业的焊接现状，不难分析出汽车工业的焊接发展趋势为：发展自动化柔性生产系统。而工业机器人，因集自动化生产和灵活性生产特点于一身，故轿车生产近年来大规模、迅速地使用了机器人。在焊接方面，主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。特别是近几年，国内的汽车生产企业非常重视焊接的自动化。如一汽引进的捷达车身焊装车间的13条生产线的自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。焊接由R30型极坐标式机器人和G60肘节式机器人共61台进行，机器人驱动由微机控制，数字和文字显示，磁带记录仪输入和输出程序。机器人的动作采用点到点的序步轨迹，具有很高的焊接自动化水平，既改善了工作条件，提高了产品质量和生产率，又降低材料消耗。 类似的高水平的生产线，在上海、武汉等地都有引进。但这些毕竟还远不能适应我国民族汽车工业迅速发展的需要，我们必须坚持技术创新，大力加速发展高效节能的焊接新材料、新工艺和新设备，发展应用机器人技术，发展轻便灵巧的智能设备，建立高效经济的焊接自动化系统，必须用计算机及信息技术改造传统产业，提高档次。 新松机器人深度服务汽车行业大市场 作为国内唯一的“机器人国家工程研究中心”，新松机器人自动化股份有限公司从事机器人及自动化前沿技术的研制、开发与应用。其系列机器人应用主要涵盖点焊、弧焊、搬运、装配、涂胶、喷涂、浇铸、注塑、水切割等各种自动化作业，广泛应用于汽车及其零部件制造、摩托车、工程机械、冶金、电子装配、物流、烟草、五金交电、军事等行业。目前，机器人系列技术及应用、自动化成套技术装备、仓储物流自动化技术装备已形成新松公司三大主导产业领域，旨在为用户提供卓越的技术和服务。迄今已累计向市场推出了800多台机器人系统，是市场上极具竞争力的“机器人及自动化技术和服务”解决方案提供商，也是国内进行机器人研究开发与产业化应用的主导力量。 新松公司的机器人产业应用主要是承担各类汽车车身自动冲压线、白车身焊装线、汽车总装线、发动机装配线、工装夹具及输送系统的设计制造；焊装线钢结构、管网工程的设计制造；焊装线工艺设计、平面布置、机器人选型、机器人用自动焊钳设计与选型、非标机
焊接机器人工作站简介 首钢莫托曼机器人有限公司（SGM）是专门从事工业机器人及其自动化生产线设计、制造及销售的中日合资公司。公司成立于1996年8月23日，注册资金700万美元，由首钢总公司（45％）、日本株式会社安川电机（43％）和日本岩谷产业株式会社（12％）共同投资，总部位于北京经济技术开发区。 SGM主营日本安川MOTOMAN系列机器人产品，广泛应用于弧焊、点焊、涂胶、切割、搬运、码垛、喷漆、科研及教学。安川新推出的洁净机器人和双臂机器人是MOTOMAN机器人的开拓性产品，SGM今后会不断推出更多高性能、高精度、高可靠性的新型MOTOMAN机器人。 SGM的产品遍布汽车、摩托车、家电、烟草、陶瓷、工程机械、矿山机械、物流、铁路机车等诸多行业。为促进企业发展、提升行业知名度，SGM每年都会参展多个大型行业应用展会， SGM拥有一批优秀的工程设计、项目调试人员，在机器人工作站及各种大中型机器人自动化系统生产线的研发、制造、调试及运行维护等方面具有成熟经验和较高水平，在应用技术上获得了多项国家专利。SGM在不断发展壮大的过程中不断提高系统设计的精准性，这大大提高了系统设备的使用可靠性。 机器人本体专门为点焊而设计，其上臂内藏点焊用的电缆，气管与水管，它与高性能NX100控制柜及配备6.5”LCD彩色显示触摸屏的示教盒的结合，使MOTOMAN-ES系列机器人极大程度地完善
了点焊系统。 NX100可同时协调控制多达36个轴，可以实现机器人6轴+电动点焊钳1轴+行走轴1轴，可四台点焊机器人单元的同时协调动作。并且，由于控制柜命令的运行数度提高1倍从而缩短了作业周期。有负载重量为165KG到200KG达到了机械人精度运动的最大承重量。 机器人运用高精度控制算法缩短了命令响应的滞后时间，它是安川独有的“高级机器人动作（ARM）”控制特点之一。因此，机器人的诡计重复精度可以提高50％。 误差补偿功能（选项）使机器人绝对位置精度提高2到5倍。这个功能能够提高焊接质量，减小因绝对位置精度而引起的焊接不良。 为了操作者方便使用者，机器人采用彩色显示触摸屏幕，方便示教与设备维护，采用图标与图画显示，操作与Windows类似，比以前的操作方法更容易掌握。屏幕显示的帮助向导功能协助操作者确认操作示教盒的步骤。示教盒可以显著提高再工作现场对I/0型号的调试效率可以在显示屏上编辑梯形图。由于配备了高达10000步的存储容量，可以不使用外部PLC。
焊接机器人的智能化发展 林祥礼 摘要：本文简要介绍了焊接机器人的发展过程，在此基础上主要介绍基于焊接环境和过程视觉信息获取而展开的焊接机器人智能化技术发展及应用现状。 关键字：焊接机器人；视觉；智能化 0 引言 自从1959年第一台工业机器人U N I M A T E在美国诞生以来到现在，工业机器人经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半以上用于各种形式的焊接加工领域。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。目前，国内外大量应用的焊接机器人系统从整体上看基本都属于第一代或准二代的[1]。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能,这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏柔性，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的。如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均等诸多问题。 为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平是焊接机器人发展的必然趋势。从模拟焊工观察、判断与施焊操作的功能研究智能型焊接机器人关键技术，焊接环境的视觉信息获取与利用是智能化机器人的关键技术和主要标志之一。 1 机器人焊接智能化技术的主要构成 机器人智能化焊接技术集成了多门学科，具有典型的学科融合特点。将智能化技术引入焊接机器人所涉及的主要技术构成如图1所示。焊接机器人的智能化技术包括：焊接机器人对于焊接任务的自主规划技术；焊接机器人的导引跟踪运动轨迹控制技术；焊接环境识别以及焊接动态过程的信息传感、建模与智能控制技术；机器人焊接系统的集成与控制，将上述焊接任务规划、轨迹跟踪控制、传感系统、过程模型、智能控制等子系统的软硬件集成设计、统一优化调度与控制，涉及焊接柔性制造系统的物料流、信息流的管理与控制，多机器人与传感器、控制器的多智能单元协调以及基于网络通讯的远程控制技术等。
焊接机器人技术要求 一、设备名称、数量及用途 焊接机器人 1套用于山东玲珑机电有限公司（甲方） 二、供货范围 1、焊接机器人（焊枪、送丝机、储丝桶、水冷机、清枪剪丝装置、防碰撞传感器等） 2、机器人滑台系统 3、变位机 4、集成控制系统 5、示教器 6、焊接软件 7、配套的工装夹具 8、安全护栏及其它保护装置 9、烟尘处理系统 10、附件、备品备件 11、其它 一、系统方案 1.依据 1.1 甲方所提供的被焊工件照片、图纸及相关技术要求。 1.2 以产品的焊接工艺分析和工艺流程的合理性为基础，力求高柔性、高性价比、高可靠性，并且日后可扩展升级。 2.主要焊接工件及焊接要求 2.1.1工件外形图如下：（甲方可提供图纸）
热板 2.2工件的焊接要求： 2.2.1 气体保护电弧焊接(MAG)。 2.2.2 焊接牢固，无设备自身原因导致的夹渣、裂纹、咬边、漏焊等焊接缺陷。 2.2.3 焊缝均匀平整、无焊瘤等外观缺陷。 2.2.4 焊缝尺寸及质量应符合甲方图纸及技术要求。 2.2.5焊接位置：船形位焊接 3.工序及工艺路线的划分 3.1工序： 人工点焊零部件---吊运工件至变位机-→手动夹紧工件-→确认程序号-机器人焊接工件（变位机协调联动）- →焊接工件结束-→机器人复位→人工装卸工件，程序结束。 底座、横梁和热板在变位机上面焊接。 底座、横梁需要分两次焊接，第一次焊接底座、横梁的内部焊缝，第二次焊接底座、横梁的外部焊缝。需要人工分两次装卸工件。 3.2操作： 操作人员按下操作盒上的启动按钮，滑台上的焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始焊接，在焊接过程中变位机可以适时转动工件，使得工件上的焊缝有利于机器人的焊接作业，焊接结束，机器人复位，人工装卸工件。 该变位机可以同机器人配合工作。变位机带动工件适时翻转，可以将工件焊缝调整为机器人最佳位置焊接焊缝（船型焊缝），方便机器人焊接工件，此变位机还可以适应工件的多层多道焊接、对称焊接等焊接要求，减少工件焊接变形。 3.3机器人弧焊软件包： 机器人带有起始点寻位功能。该功能具备接触传感功能，具有自动寻找焊缝起始位置的功能，从而解决工件初始定位偏差问题。 机器人带有电弧跟踪功能。能够自动补偿由于工件的不一致性、焊接变形带来的偏差。 焊接工艺特点：通过触碰寻位对于其中特征位置的焊缝集中进行寻位；按照工艺需求，遵循焊接应力变化、表面要求及焊接可达性要求，依次进行焊接；大部分焊缝都尽最大可能调整为船型位置。焊接过程中，部分关键尺寸进行必要的二次寻位，以保证起弧位置准确。并利用变位机大幅反转的间隙，设置程序，进行清枪剪丝喷硅油的工作。 3.4焊接工艺 3.4.1工件参数条件 1)工件材料：Q345；
焊接机器人离线编程应用技术 一、引述 随着国内外机械装备制造事业飞速发展，对各种机械设备的生产周期、产品质量、制 造成本，提出了更高的要求。为了适应这种形势，设法提高及保证焊接接头质量的稳定性，机器人的柔性优势正是解决这一问题的的良好方案。 二、机器人系统简介 通用工业机器人，按其功能划分，一般由 3 个相互关连的部分组成：机械手总成、 控制器、示教系统（即示教盒）。机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器、以及内部传感器等组成，它的任务是精确地保证末端 操作器所要求的位置，姿态和实现其运动；控制器是机器人的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成，其软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学、动力学软件、机器人控制软件、机器人自诊断、自保护功能软件等，它处理机器人工作过 程中的全部信息和控制其全部动作；示教系统是机器人与人的交互接口，在示教过程中它 将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，它实质上是一个专用 的智能终端。 三、机器人编程的类型与应用方法 目前的机器人编程可以分为示教编程与离线编程两种方式。示教编程是指操作人员利 用示教盒控制机器人运动，使焊枪到达完成焊接作业所需位姿，并记录下各个示教点的位 姿数据，随后机器人便可以在“再现”状态完成这条焊缝的焊接。离线编程是利用三维图 形学的成果，在计算机的专业软件中建立起机器人及其工作环境的模型，通过软件功能对 图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行编程，进而自动计算出符合机器人 语言的文本程序，再通过计算机的仿真模拟运行后将最终的数据程序传至机器人控制系统 直接使用。示教编程与离线各有特点。在示教过程中，编程效果受操作人员水平及状态的 影响较大，示教时，为了保证轨迹的精度，通常在一段较短（如100mm）的样条曲线焊缝 上需要示教数十个数据点，以保证焊接机器人运行平滑及收弧点位置的一致。每段在线示 教编程都需要花很长的时间。因要尽量保证示教点在焊缝轨迹上，并且要让焊枪姿态的连 续变化，对操作人员的水平要求很高。另外，示教的精度完全靠示教者的经验目测决定， 对于复杂路径难以保证示教点的精确结果。而离线编程是将机器人所有编程的工作内容在
焊接机器人系统 机器人通常定义为：机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。 焊接机器人作为在生产中最为常见的工业机器人，焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用。因此，我选取焊接机器人作为讨论对象，以下是我比对自己在图书馆和网上找到的资料对焊接机器人的系统组成进行的简要概括，分析焊接机器人系统是怎样完成复杂的焊接工作的。 一、典型的机器人系统组成： 1、机器人本体和操作机，可以直接完成各种具体作业； 2、机器人控制器，用来控制机器人和完成数据存储，包括计算机系统和伺服系统两部分； 3、各种不同的作业工具，如焊枪和手爪等； 4、各种周边辅助设备； 5、为完成特殊任务而使用的传感器； 6、用于完成计算机管理、监控和计算机通信的通信系统。 二、焊接机器人的定义 焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。目前在汽车工业中被广泛应用于汽车底盘的焊接。 三、焊接机器人的软硬件系统组成 1、焊接机器人的硬件系统。如下图所示：焊接机器人的硬件系统一般由机器人本体、摄像 机随动机构、焊接电源、摄像机、机器人控制器、示教盒、和中央控制机、导引/焊缝跟踪计算机、熔透控制计算机、焊机接口控制盒、电焊机和送丝机等部分构成。 2、焊接机器人的软系统。焊接机器人的软系统根据模块化设计的思想，将焊接机器人工作 单元分解为不同的功能模块。主要有初始位置导引模块、焊缝跟踪模块，熔透控制模块，
!"焊接技术!###年$!月第!%卷增刊 基金项目：国家&’(高技术发展计划项目资助)&’(*+$!*%%$(*#!, 随着我国现代化经济建设的迅猛发展，石油化工产品逐年增多，石化球罐等容器的体积容量以及数量正在快速增加，仅石化部门每年要新建球罐容量几十万立方米，迫切需要改善球罐施焊条件，提高球罐焊接的自动化程度，以降低成本、提高效率与焊缝质量。 为此，我们以产学研结合的形式合作进行了球罐智能焊接机器人的研制工作。这一特种机器人的研究目标主要为-（.,全自动完成球罐主要焊缝的多层焊接过程，包括多层焊接时的二维实时跟踪与分层摆动焊接等智能化技术。其目的是改变目前国内外无论在手工焊接或者机械化焊接球罐时都要依靠焊工密切注视焊缝熔池，不断调节焊枪的传统操作方式。鉴于在野外焊接球罐时施工环境恶劣，这种传统操作方式的劳动强度大，技术难度高，己出现球罐焊工人才培养困难、流失严重等问题。实现二维自动跟踪后则可有效解决上述问题，由机器人保证焊接质量，降低劳动强度和施工成本。（!,实现无导轨全位置焊接球罐焊缝，即机器人无需导轨支持就能由柔性磁轮机构吸附在球罐表面上，沿纵缝与环缝坡口进行全位置自动行走与焊接。其作用是改变当前国内外球罐自动焊车均需依靠导轨支持才能在球罐上运行的现状，这一方面可提高焊接机器人的的灵活性，简化焊前准备工作，提高生产效率；另一方面可节省导轨所耗费的大笔费用（球罐焊车专用的磁吸附式柔性导轨的价格为每米约.万元，以直径.+/的球罐计，其导轨的价格近(#万元，己超过整套焊接设备的费用,，从而可进一步取得可观的经济效益。 经过两年多的努力，己经实现了上述研究目标。此机器人的主要性能、结构组成、工作原理及工艺试验结果等情况简介如下： !球罐焊接机器人的主要组成与性能 如图.示，球罐焊接机器人主要由以下四部分组成。$0$ 柔性磁轮式行走机构 包括左右二组磁轮、主板、十字链轴式联接机构与直流电 机驱动机构。此机构的各个磁轮在1、2方向上有一定的自由度，能保证各磁轮与球罐表面紧密接触，磁力稳定可靠。柔性磁轮机构由左右二个直流电机驱动机构实现四轮驱动，在球罐 表面的各种空间位置都能稳定爬行，包括前进、后退、拐弯等各种运行方式。焊车速度为#3/5/67。 $0! 二维实时跟踪机构 二维实时跟踪机构包括889光电轨迹跟踪系统与接触式 高度跟踪系统。前者主要由二个889光电传感器与一个步进电机驱动的横向滑块机构组成，在焊接过程中系统通过889光电传感器识别在球罐表面的坡口平行线，由滑块带动焊枪左右随动，进行长度方向上的焊缝轨迹跟踪。由于是依照坡口平行线进行非接触跟踪，在多层多道焊接的情况下也能实现重复自动跟踪。889传感器的识别精度为#0#(//，轨迹跟踪精度设定为#0+//。后者主要由一个直线电位传感器与一个步进电机驱动的竖向滑块机构组成，此系统由电位传感器的触头直接测量焊缝附近的球罐表面高度变化，然后由滑块带动焊枪进行高度方向上的焊缝跟踪。由于是依据坡口附近表面高度进行接触跟踪，在多层多道焊接的情况下，每次实时高度跟踪的效果是相同的。电位传感器的测量精度为#0#.//，高度跟踪 精度设定为.0#//。$0( 焊枪摆动机构 主要由一个摆动中心传感器、一个步进电机驱动的滑台机构及焊枪夹持机构组成。滑台的有效行程为+#//，焊枪的摆幅设定为"#//，摆速设定为#3!##4/5/67。$0" 微机智能控制系统 微机智能控制系统的硬件主要由:;3!##型<=8微机控 图! 球罐焊接机器人照片 摘要：研制了一种用于球罐全位置多层自动焊接的特种机器人。此机器人是由柔性磁轮机构直接吸附在球罐表面进行全位置自动行走与焊接的>其889光电跟踪系统能依照焊缝平行线在多层多道焊接时进行重复自动跟踪。焊接工艺评定试验结果表明>此焊接机器人实现了无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接的自动跟踪>其自动跟踪精度高>焊缝质量好>工作稳定可靠>已可用于实际焊接生产。 关键词：焊接机器人；全位置焊接；自动焊接；球罐中图分类号：?
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————随着人类生产生活的发展，人们更多的注重其产品性能以及生产的速度以及生产操作的安全性，工业机器人技术的研发能够提供更加好的工作环境，同时降低车间工人的劳动强度，减少因工业生产带来的劳动风险。接下来由安徽泰珂森智能装备科技有限公司为您简单介绍焊接机器人其系统集成相关知识，希望能给您带来一定程度上的帮助。 焊接作为工业裁缝，是现在工业制造比较主要的加工工艺，也是衡量一个国家制造业水平的重要标杆。焊接机器人作为工业机器人比较重要应用板块发展非常迅速，已广泛应用于工业制造各领域，占整个工业机器人应用百分之40左右。在实际应用中，焊接机器人本体很少单独使用，绝大多数还需要系统集成商结合行业和用户情况，
多年质保操作简单方便快捷—————————————————————————————————————————————将除焊接机器人本体以外的各功能单元等通过系统集成为成套自动化、信息化、智能化系统（单元），形成满足用户需求的总体解决方案。 一般来讲，焊接机器人系统集成作为机器人应用下游，是机器人大规模普及应用和提升用户制造水平的关键，其市场份额总体是焊接机器人本体的5倍以上；在应用市场，其份额更高。焊接机器人系统集成总体水平的高低，是决定机器人在焊接领域是否规模应用的重要因素，也是提升以焊接工艺为主的制造业水平的关键。 安徽泰珂森智能装备科技有限公司集机械手、工业机器人系统集成研发、制造、销售、自动化控制工程承包于一体的综合性自动化技术企业。公司在自动化领域具备充足的技术研发能力和丰富的项目经
FANUC焊接机器人控制系统介绍、应用故障分析 及处理 FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，其控制系统采用32位CPU 控制，采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动；支持离线编程技术；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。 焊接是工业生产中非常重要的加工方式，同时由于焊接烟尘、弧光和金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣，随着人工成本的逐步提升，以及人们对焊接质量的精益求精，焊接机器人得到了越来越广泛的应用。 机器人在焊装生产线中运用的特点 焊接机器人在高质、高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用，其主要特点如下： 1.性能稳定、焊接质量稳定，保证其均一性 焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定性作用。人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，很难做到质量的均一性；采用机器人焊接，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，焊接质量非常稳定。 2.改善了工人的劳动条件 采用机器人焊接后，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等；点焊时，工人不再需要搬运笨重的手工焊钳，从大强度的体力劳动中解脱出来。 3.提高劳动生产率 机器人可一天24h连续生产，随着高速、高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高地更加明显。 4.产品周期明确，容易控制产品产量 机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。 5.可缩短产品改型换代的周期，降低相应的设备投资 可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产。 FANUC机器人控制系统 1.概述 FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，是奇瑞公司最早引进的焊接机器人，也是最先用到具有附加轴的焊接机器人。其控制系统采用32位CPU控制，以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度；采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动，运动精度大大提高，最多可控制21轴，进一步改善了机器人动态特性；支持离线编程技术，技术人员可通过离线编程软件设置参数，优化机器人运动程序；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。其控制原理如图1所示。
焊接机器人的行业中广泛应用 焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，它主要包括机器人和焊接设备两部分。其中，机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成；而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人，还应配有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。 1、点焊机器人的特点 由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流，而对于容量较大的变压器，工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600～700Hz交流，使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600～700Hz交流电焊接，也可以再进行二次整流，用直流电焊接，焊接参数由定时器调节。目前，新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。点焊机器人的焊钳，用电伺服点焊钳，焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置，而且电极间的压紧力也可以无级调节。 电伺服点焊钳具有如下优点： （1）每个焊点的焊接周期可大幅度降低，因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的，机器人在点与点之间的移动过程，焊钳就可以开始闭合；而焊完一点后，焊钳一边张开，机器人就可以一边位移，不必等机器人到位后，焊钳才闭合或焊钳完全张开后机器人再移动。 （2）焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整，只要不发生碰撞或干涉，可尽可能减少张开度，以节省焊钳开度，节省焊钳开合所占的时间。 （3）焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以调节，而且在闭合时两电极是轻轻闭合，可减少撞击变形和噪声。 2、弧焊机器人的特点 弧焊机器人多采用气体保护焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。 近年来，国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备，在这些焊接设备内已经插入相应的接口板，所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是，在弧焊
焊接 焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。 常用的焊接方法可分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊中又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等等。本文主要介绍电弧焊中的手工电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊。 在化工机械制造中，据统计，化工装置焊接的构件量，约占整个装置重量的75％左右。各种容器、塔器、换热器、反应器、钢结构等大多数采用焊接方法制造。由于化工、炼油、制药等生产工艺复杂，操作压力高，温度范围广，要求密封性好，腐蚀性强，所以对焊接要求特别严格。因此，提高焊接技术水平，规范焊接工艺，确保焊接质量，对保证长期、安全、高效率生产有着重要的意义。 第一节电弧焊 电弧焊是利用电弧的热量加热并熔化金属进行焊接的。 一、焊接电弧 焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象。在这种气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光辉。通常，气体是不导电的，但是在一定的电场和温度条件下，可以使气体离解而导电。焊接电弧就是在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离，使中性分子或原子离解为带正电荷的正离子和带负电荷的电子（或负离子），这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。 焊接电弧的引燃一般采用两种方法：接触引弧和非接触引弧。手工电弧焊是采用接触引弧的。引弧时，焊条与工件瞬时接触造成短路。由于接触面的凹凸不平，只是在某些点上接触，因而使接触点上电流密度相当大；此外，由于金属表面有氧化皮等污物，电阻也相当大，所以接触处产生相当大的电阻热，使这里的金属迅速加热熔化，并开始蒸发。当焊条轻轻提起时，焊条端头与工件之间的空间内充满了金属蒸气和空气，其中某些原子可能已被电离。与此同时，焊条刚拉开一瞬间，由于接触处
燕山大学职业技术学院 XXXX机器人系统有限公司 实习报告 题目弧焊机器人简介、应用实例 专业焊接技术及自动化 班级 09级1班 姓名 X X X QQ 号 358698916 完成日期：2012年5月27日
目次 第一章引言 (1) 第二章我国机器人[1]发展现状及发展方向 (1) 第三章神钢机器人组成及功能特点 (2) 3.1 神钢机器人的分类 (2) 3.2 神钢机器人的组成 (4) 3.3 神钢机器人的功能特点 (5) 3.3.1 接触传感[3]功能 (5) 1.1三方向传感[3]功能: (6) 1.2圆弧传感[3]功能: (6) 1.3间隙检测[3]功能： (7) 3.3.2 电弧跟踪[3]功能 (7) 3.3.3 数据库[3]功能 (8) 3.3.4 坡口宽度[3]跟踪 (8) 3.3.5双丝焊接功能 (8) 3.3.6高熔敷效率[2] (9) 第四章神钢机器人应用举例 (9) 4.1水平角焊[3] (9) 4.2船型焊[3] (11) 参考文献 (13)
摘要 随着我国工业化的发展，我国焊接机器行业整体技术水平和综合实力已有显著提高，国家大型工程项目的相继启动，将促使行业向研发高技术含量、高附加值的大型焊接设备、焊接辅机具、专用成套焊接设备方向发展。但相对于发达国家而言，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。 针对以上情况，我们应如何引进、消化、吸收世界先进焊接技术，以及在焊接过程中对焊接缺陷问题的分析，已成为焊接工作者不得不面对的问题，这次实习报告主要针对日本神户制钢焊接机器人功能及应用进行介绍，并举例实习期间机器人焊接的工艺参数。 从X月X号开始在XXXX机器人系统有限公司实习的过程中，不仅对手工操作CO2气体保护焊有很大提高，同时掌握了焊接机器人基本知识，能独立进行操作。并进行了水平角焊和船型焊的实际焊接，多次调整参数使自己的焊接知识、焊接分析能力有很大提高。 关键词：神户制钢机器人焊接功能特点焊接分析
摘要 在化工、轻工、核能等设备中，管与管板的焊接接头不仅数量多，操作难度大，而且焊接质量要求高。目前上海某工厂管板焊接是手工操作的，生产效率低、工人劳动强度大、焊接质量不稳定。所以本文针对上述情况，设计出管板自动焊接机器人系统。本文所设计的管板自动焊接机器人，包括机械系统、视觉自动定位系统、PLC控制系统和基于触摸屏的人机交互界面。根据工件及焊接工艺要求，焊接基本参数通过触摸屏设定，采用触摸屏实现初始定位精度调试,确定视觉传感识别管孔中心并将位置信息传递给以PLC为控制核心的控制系统，引导焊接初始位置自动识别、焊接。实现了对管板焊接机器进行自动化改造，使原来人工定位，人工控制焊接进程的机械手变为由步进电机驱动，视觉定位和焊接过程自动化控制的一整套焊接设备。 关键词：管板焊接，视觉定位，触摸屏，PLC
Abstract In chemical,light industry,nuclear industry and other equipment,as for the tube-plate welding,despite the large number of welding joints and the complicated operation process, high welding quality are required.There exsits tube-plate welding based on mannual work at a factory in Shanghai,of which the production efficiency is low,the worker labor intensity is heavy,the welding quality is unstable.This paper about design of tube-plate automatic robots, includes mechanical system,visual automatic positioning system,PLC,man-machine interface system based on the touch screen.According to Requirements of the workpiece and the welding technology,welding basic parametersare is set by the touch screen,which was adopted to realize the initial positioning adjustment,determine center of the visual sensing identify pipe hole and transfer the location information to control system of PLC as the control core;guiding automatic identifications of the initial position and welding.By the implement of automation renovation for the tube-plate welding,transform the original artificial positioning,artificial control of welding process into automatic drive by step motor, visual positioning and welding equipments on the basis of a complete automatic control pocesss. Keyword:tube-plate welding,visual positioning,touch screen,PLC
焊接机器人发展现状 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；应用规模小，没有形成机器人产业。 当前我国的机器人生产都是应用户的要求，单户单次重新设计，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。 焊接机器人的编程方法目前还是以在线示教方式为主，但编程器的界面比过去有了不少改进，尤其是液晶图形显示屏的采用使新的焊接机器人的编程界面更趋友好、操作更容易。然而，机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置仍必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。目前解决的方法有两种：一是示教编程时只是粗略获取几个焊缝轨迹上的几个关键点，然后通过焊接机器人的视觉传感器通常是电弧传感器或激光视觉传感器自动跟踪实际的焊缝轨迹。这种方式虽然仍离不开示教编程但在一定程度上可以减轻示教编程的强度，提高编程效率。由于电弧焊本身的特点，机器人的视觉传感器并不是对所有焊缝形式都适用。二是采取完全离线编程的办法，使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与。机器人离线编程早在多年以前就有，只是由于当时受计算机性能的限制，离线编程软件以文本方式为主，编程员需要熟悉机器人的所有指令系统和语法，还要知道如何确定焊缝轨迹的空间位置坐标，因此，编程工作并不轻松省时。随着计算机性能的提高和计算机三维图形技术的发展，机器人离线编程系统多数可在三维图形环境下运行，编程界面友好、方便，获取焊缝轨迹的坐标位置通常可以采用“虚拟示教”的办法，用鼠标轻松点击三维虚拟环境中工件的焊接部位即可获得该点的空间坐标；在有些系统中，可通过图形文件中事先定义的焊缝位置直接生成焊缝轨迹，然后自动生成机器人程序并下载到机器人控制系统。从而大大提高了机器人的编程效率，也减轻了编程员的劳动强度。目前，国际市场上已有基于普通机的商用机器人离线编程软件，通过虚拟示教获得，并在三维图形环境中可让机器人按程序中的轨迹作模拟运动，以此检验其准确性和合理性。所编程序可通过网络直接下载给机器人控制器。 焊接机器人发展趋势 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： 1)．机器人操作机结构： 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构改为开链结构，拓展了机器人的工作范围，加之轻质铝合金材料的应用，大大提高了机器人的性能。此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机，使机器人操作机几乎成为免维护系统。
工业机器人的焊接应用-焊接机器人 工业机器人在焊接领域内的应用，被称作焊接机器人，它是从事焊接工艺的工 业机器人，它主要包括机器人和专业工艺焊接装备两部分。其中，机器人由机 器人本体和控制柜（硬件及软件）组成；而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则 由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。 对于智能机器人，还应配有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。 1、弧焊机器人的特点 弧焊机器人多采用气体保护焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上 作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以 需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。 近年来，国内外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备，在这些焊接 设备内已经插入相应的接口板，所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。比如：上海弗劳思FRB050不锈钢自动化焊接机器人套装，是联合了北京时代科 技量身定制的数字化脉冲焊机，焊接1CM的小圆效果完美赶超四大家族品牌。随着不锈钢焊接、铝制品焊接的应用越来越广泛，国内外的焊接设备倾向于往 数字化焊机方向的发展。应该指出的是，在弧焊机器人工作周期中，电弧时间 所占的比例较大，因此在选择焊接电源时，一般应按持续率100％来确定电源 的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上，也可以放在机器人之外，前者焊 枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性，而后者软管校长，当 机器人把焊枪送到某些位置，使软管处于多弯曲状态，会严重影响送丝的质量，所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。 2、点焊机器人的特点 由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以点焊机器人的变 压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流，而对于 容量较大的变压器，工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为 600～700Hz交流，使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600～ 700Hz交流电焊接，也可以再进行二次整流，用直流电焊接，焊接参数由定时 器调节。目前，新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。点焊机器人的焊钳，用电伺服点焊钳，焊钳的张开和闭合