机器人焊接技术

机器人多层多道焊接系统原理

1. 引言

1.1 介绍机器人多层多道焊接系统

机器人多层多道焊接系统是一种高效率的焊接系统，它利用多个焊接头同时对焊接工件进行焊接，实现多层多道的焊接过程。这种系统在焊接速度和质量上都有显著的优势，可以大大提高生产效率和产品质量。机器人多层多道焊接系统通常由焊接机器人、焊接头、焊接控制系统等组成，每个部件都有各自的功能和作用。通过精确的控制和调节，机器人多层多道焊接系统可以实现复杂的焊接路径规划和焊接参数调节，确保焊接质量和稳定性。目前，该系统在汽车制造、航空航天等行业得到广泛应用，取得了显著的成效。未来，随着技术的不断发展和完善，机器人多层多道焊接系统将进一步提升其性能和应用范围，成为焊接领域的重要设备之一。

1.2 目的和意义

机器人多层多道焊接系统的目的和意义在于提高焊接效率和质量，实现对复杂工件的精确焊接。随着工业自动化的发展和对生产效率的不断要求，传统的手工焊接已经无法满足大批量、高精度的焊接需求。机器人多层多道焊接系统的引入可以有效减少人工操作的繁琐性和误差率，提高焊接生产率和一致性。 机器人多层多道焊接系统还可以实现对焊接过程参数的精确控制和调节，确保焊接质量稳定可靠。通过对焊接路径的规划和优化，可以实现更高效的焊接方式，同时减少焊接过程中的遗漏和错漏。

机器人多层多道焊接系统的研究也有利于促进焊接技术的发展和创新，推动焊接工艺的进步和提升。通过不断的实验验证和优化，可以不断提高系统的稳定性和可靠性，为未来的自动化生产提供更多的可能性和选择。

机器人多层多道焊接系统的研究和应用具有重要的意义和价值，将为工业生产带来更高效、更精确和更可靠的焊接解决方案。

1.3 研究现状

当前，机器人多层多道焊接系统在制造业中扮演着重要的角色。随着工业化进程的不断推进，焊接技术也在不断发展和完善。目前，随着智能制造技术的快速发展，机器人焊接系统已经成为焊接领域的主流技术之一。机器人多层多道焊接系统相比传统手工焊接和自动焊接具有更高的精度和效率，能够实现复杂焊接路径的精准控制，提高了焊接质量和生产效率。

机器人焊接传感技术

人的智能标志之一是能够感知外部世界并依据感知信息而采取适应性行为。要使机器人焊接系统具有一定的智能，研究机器人对焊接环境、焊缝位置及走向以及焊接动态过程的智能传感技术是十分必要的。机器人具备对焊接环境的感知功能可利用计算技术视觉技术实现，将对焊接工件整体或局部环境的视觉模型作为规划焊接任务、无碰路径及焊接参数的依据，这里需要建立三维视觉硬件系统，以及实现图像理解、物体分割、识别算法软件等技术。

视觉焊缝跟踪传感器是焊接机器人传感系统的核心和基础之一。为了获取焊缝接头的三维轮廓并克服焊接过程中弧光的干扰，机器人焊缝跟踪识别技术一般是采用激光、结构光等主动视觉的方法，从而正确导引机器人焊枪终端沿实际焊缝完成期望的轨迹运动。由于采用的主动光源的能量大都比电弧光的能量小，一般将这种传感器放在焊枪的前端以避开弧光直射的干扰。主动光源一般为单光面或多光面的激光域扫描的激光束水山工业 os 且肃缺的

瞄姑扭价曙檀辱馏健权层处理稳定、简单、实用性好。

结构光视觉是主动视觉焊缝跟踪的另一种形式，相应的传感器主要有两部分组成：一个是投影器，用它的辐射能量形成一个投影光面；一个是光电位置探测器件，常采用面阵 CCD

摄像机。它们以一定的位置关系装配后，并配以一定的算法，便构成了结构光视觉传感器，它能感知投影面上所有可视点的三维信息。一条空间焊缝的轨迹可看成是由一系列离散点构成的，其密集程度根据控制的需要而定，焊缝坐标系的原点便建立在这些点上，传感器每次测得一个焊缝点位姿并可获得未知焊缝点的位姿启发信息。导引机器人焊枪完成整个光滑连续焊缝的跟踪。

焊接动态过程的实时检测技术主要指在焊接过程中对熔池尺寸、熔透、成形以及屯弧行为等参数的在线检测，从而实现焊接质量的实时控制。由于焊接过程的：弧光干扰复杂的物理化学反应、强非线性以及大量的不确定性因素的作用，使得对焊接过程可靠而实用的检测成为瞩目的难题。长期以来；已有众多学者探索过用多种途径及技术手段检测尝试，在一定条件下取得了成功，各种不同的检测手段、信息处理方法以及不同的传感原理、技术实现手段，实质上是要求综合技术的提高。从熔池动态变化和熔透特征检测来看，目前认为计算机视觉技术、温度场测量、熔池激励振荡、电弧传感等方法用于实时控制的效果较好。

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机器人焊接关键技术及应用

作者：侯朝霞

来源：《科学导报·学术》2018年第45期

摘要：焊接是一项工作环境恶劣、劳动强度大、对操作人员的操作熟练程度要求高，且对操作人员会产生一定潜在危害的工种。在进入21世纪20年代的今天，伴随着国家经济规模的快速发展、人民生活水平的不断提升，同时由于我国社会老龄化不断加剧，一线焊接工人的数量呈现减少趋势。而根据国家统计局公布的我国焊接材料的产量数据，从2006—2014年，我国焊材产量在逐年增加，这意味着焊接工作量在逐年增加。焊接机器人的出现有效解决了这种供需矛盾，并且可以使更多人把有限的工作时间投入到更具创造力的工作中去。本文介绍了机器人焊接工艺制定、多层多道焊的焊缝规划和机器人焊接过程中变形补偿等，通过机器人焊接关键技术解决，对实现高质量、高效的、智能化的焊缝具有重要的理论意义和应用价值。

关键词：焊接缺陷;路径规划;数值模拟;机器人焊接

引言

随着机器人技术以及计算机技术飞速发展，以及市场对焊接产品的高质量、高效率的新要求，焊接机器人在焊接领域应用不断扩大。焊接机器人的使用可以大幅提高焊接生产效率，改善操作人员的劳动条件，稳定和保证产品质量，易于实现产品的差异化生产，并能够推动相关产业的自动化升级改造。机器人焊接是指机器人代替手工作业，即利用焊接机器人系统完成焊接作业，获得合格焊件的过程，按照机器人所用焊接工艺方法不同，可将其分为点焊机器人、弧焊机器人、搅拌摩擦焊机器人及激光焊机器人等类型;根据自动化技术发展程度的不同，焊接机器人可分为示教再现型机器人、智能型机器人等;机器人在焊接领域得到了广泛的应用，据统计约25%的工业机器人用于焊接操作。在机器人焊接过程中，如果不掌握焊枪的姿态与位置路径规划与控制、数字化焊机参数自动调节、机器人与焊机通信等，很容易出现各类焊接缺陷。

1机器人焊接关键工艺

柳州五菱汽车工业有限公司

Liuzhou Wuling Motors Co., Ltd

表06C.28-01

机器人焊接自动线技术要求

一、 工装方案

1. 拼台夹具

1.1 焊装夹具应满足产品结构、工艺的要求，夹具应有合理的定位夹紧机构和支撑装置，保证组件定位可靠，焊接质量稳定。

1.2 夹具的定位基准尽可能的保证与GD&T一致。

1.3 夹具使用欧标（扁缸）设计，超过400mm高度的夹具采用组合支基结构，二级机构或因空间所限必须使用普通圆型夹紧缸的需要经过甲方工程师书面同意，且圆形夹紧缸必须是带磁环的。

1.4 夹具底板应涂防飞溅漆，且底板上平面应加工有基准线和基准孔，基准孔有防护。注：安装面不允许涂漆。

1.5 夹具设计应充分考虑操作方便和安全可靠、维护修理方便，应保证焊接装卸方便，夹具设计在保证工艺要求和刚度的情况下结构应简单合理

1.6 夹具所有定位销（块）采用二方向独立可调结构；平面定位块、夹紧块等单向可调结构，所有调整量按3mm（0.5+0.5+1+1）间隙设计。

1.7 所有夹具组件装配均采用圆销结构，以保证零件的装配精度即两销N钉的方式

1.8 所有夹具夹头需考虑打开的高度和宽度方面的要求，以方便人手工搬运的要求，拼台的操作高度为750-850mm。

1.9 夹具设置防错结构，防止工件装错或装反或漏焊。

1.10 主气路设置工业过滤器，气路软管；分气路采用阻燃软管，金属接头；布线走边，其中蓝色为进气，白色为出气。

2. 夹具整体切换机构

2.1 所有夹具拼台具备整体切换接口（气电快插以及拼台XYZ向限位装置等）。

2.2 所有夹具拼台带可实现推动行走的滚轮，具备整体切换功能。切换过程如下：推动拼台到位-拼台精确定位-拼台可靠夹紧。需提供两种方案供甲方选择：人工或自动实现拼台精确定位和夹紧。拼台使用两销进行精确定位，定位销直径不小于30mm。