激光焊接机器人受益汽车工业

工业机器人焊接关键技术及应用分析摘要：社会经济在快速向前发展，机器人技术也越来越成熟，使得焊接制造领域技术逐渐发生了更替。

本篇文章对焊接机器人的关键技术进行了介绍，分析了焊接机器人的发展状况以及关键性技术的应用情况，针对焊接机器人未来的发展前景进行了研究。

关键词：工业机器人；焊接关键技术；应用分析引言：在智能制造领域中，机器人属于先进的装备，应用的范围越来越广泛。

在国内各个领域发展的过程中，机器人的应用范围得到了有效的拓展，机器人的应用数量也越来越多，在未来发展的过程中，机器人应用的空间会越来越广阔。

焊接机器人在工业机器人领域当中占据了非常重要的地位，可以说是工业发展当中的先驱者。

机器人焊接是在传统焊接工艺制造基础上对机器人进行改造，使之能够进行焊接作业成为焊接机器人，成为了现代制造技术当中无可替代的重要角色。

1机器人焊接的关键技术1.1传感技术在焊接过程的应用传感器是机器人焊接重要的组成装置，相当于机器人的“眼睛”，可以对物质的变化进行精准的感知。

焊接电弧在燃烧过程中，需要将声音作为整体的参照标准，整体的传感器应用了电流电压的大小，从而可以对熔池的瞬时状态进行有效的感知，了解焊接质量的动态性变化。

监控焊接工作在开展的过程中，需要对电弧的波动情况进行监测，以便于可以对高温熔滴的类型进行有效的判断。

机器人在进行焊接工作的过程中，需要通过前沿的传感系统获取相应的信息，应用机器人进行焊接，可以对系统的电流和电压数据进行有效的分析。

机器人焊接工作在开展的过程中，需要对熔透情况进行精准的预测，有效了解机器人焊接过程中所存在的缺陷，分析缺陷所形成的原因。

将温度的变化情况作为内容调整的主要参照依据，传感焊接工作在开展的过程中，需要对温度的分布情况进行有效的了解，从而可以获取高温溶值的数据。

电弧光谱的特点就是所富含的信息比较丰富，和电弧并没有直接的接触，该方法在具体应用的过程当中，可以对焊缝的缺陷进行有效的弥补。

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。

工业机器人常见五大应用领域及关键技术去年全球工业机器人销量达到24万台，同比增长8%。

其中，我国工业机器人市场销量超过6.6万台，继续保持全球第一大工业机器人市场的地位。

但是，按机器人密度来看，即每万名员工对应的机器人保有量，我国不足30台，远低于全球约为50多台的平均水平。

前瞻产业研究院《2016-2021年中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示：2015年我国工业机器人产量为32996台，同比增长21.7%。

2016年机器人产业将继续保持快速增长，今年一季度我国工业机器人产量为11497台，同比增长19.9%。

此外，数据显示，2015年我国自主品牌工业机器人生产销售达22257台，同比增长31.3%。

国产自主品牌得到了一定程度的发展，但与发达国家相比，仍有一定差距。

2016年未来全球工业机器人市场趋势包括：大国政策主导，促使工业与服务机器人市场增长；汽车工业仍为工业机器人主要用户；双臂协力型机器人为工业机器人市场新亮点。

一、什么是工业机器人工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。

当前，工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。

二、工业机器人的特点自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显著的特点归纳有以下几个。

1.可编程。

生产自动化的进一步发展是柔性自动化。

工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（ＦＭＳ）中的一个重要组成部分。

2.拟人化。

工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。

焊接机器人的工程应用本文介绍了我国焊接机器人的应用状况、应用焊接机器人的意义和焊接机器人应用工程几个方面的情况，同时介绍了焊接机器人的4种最新的应用技术。

国焊接机器人技术的发展我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。

到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。

而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。

鉴于当时的国外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。

与此同时于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技计划。

在国家“863”计划实施五周年之际，同志提出了“发展高科技，实现产业化”的目标。

在国市场发展的推动下，以与对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组与时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人与应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家“八五”和“九五”中。

经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。

我国焊接机器人的应用状况我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。

汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。

早在70年代末，电焊机厂与电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于牌轿车底盘的焊接。

“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。

1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊接，并于1988年开发了机器人车身总焊线。

激光焊接工艺的基本知识激光焊接的定义激光焊接是利用激光束的高能量密度、高聚焦度和高一致性，将激光能量引入焊接区域，使焊缝区域被熔化并冷却形成焊缝的一种焊接方法。

激光焊接的原理激光焊接是利用激光束的高功率密度，将激光能量转化成热能，通过加热和熔融工件的材料，使其形成焊缝并实现材料的连接。

激光束可以通过光学系统进行聚焦，从而集中到焊接区域上。

激光焊接的优点•高能量密度：激光焊接可以将高能量聚焦在小面积上，使材料瞬间加热并熔化，从而实现快速的焊接。

•高一致性：激光焊接的激光束具有高一致性，焊接效果稳定且可重复。

•焊接速度快：激光焊接的瞬间加热和熔化速度非常快，可以实现高速焊接。

•焊缝质量好：激光焊接可以实现焊缝的精细化控制，焊缝形态美观且强度高。

•无接触式焊接：激光焊接是一种无接触式的焊接方法，可以避免材料变形和污染。

激光焊接的应用领域1.电子行业：激光焊接广泛应用于电子产品的组装和连接，如手机、电脑等电子元件的焊接。

2.汽车工业：激光焊接广泛应用于汽车零部件的制造，如发动机、变速器等的焊接。

3.航空航天工业：激光焊接在航空航天领域具有重要应用，如飞机结构件的焊接、航天器的焊接等。

4.家电行业：激光焊接在家电行业中应用广泛，如冰箱、洗衣机等产品的焊接。

5.医疗器械：激光焊接在医疗器械制造中具有重要地位，如手术器械、人工关节等的焊接。

激光焊接的工艺参数1.激光功率：激光功率决定了焊接过程中的能量输入，需要根据焊接材料的厚度和类型进行选择。

2.激光波长：激光波长决定了激光束在焊接材料中的穿透深度，需要根据焊接材料的吸收情况选择合适的波长。

3.聚焦方式：激光焊接可以采用具有不同聚焦方式的光学系统，如凸透镜、聚焦镜等，根据焊接材料的形态和要求选择合适的聚焦方式。

4.扫描速度：扫描速度决定了焊接速度，需要根据焊接材料的热导率和焊接质量要求进行调整。

5.激光频率：激光频率可以影响焊接的稳定性和效果，需要根据焊接材料的特性选择合适的频率。

工业机器人的关键技术摘要：本文简单的介绍了机器人的技术：定义、组成及分类，着重阐述了工业机器人关键技术，并对六种工业机器人：移动机器人、点焊机器人、弧焊机器人、激光加工机器人真空机器人及洁净机器人等的关键技术进行了详细分析。

关键词:工业机器人关键技术制造业1工业机器人技术概述1.1定义工业机器人（英语：in dustrial robot □简称IR）是种能自动控制、可重复编程、多功能、多自山度的操作机。

它们通常配有机械手、刀具或其它装配的加工工具，能够搬运材料、工件，完成各种作业，是种柔性自动化设备。

1.2结构组成工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。

机器人手臂具有3个自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。

手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与主构架的连接机构，它具有3个自由度。

驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。

测量系统用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量。

控制器（RC）用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。

通过传感器获得搬运对象和机器人本身的状态信息，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的重量是否过载等。

工业机器人的典型结构如图1所示。

图1机器人的典型结构1. 3分类工业机器人按臂部的运动形式分为四种。

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。

点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。

汽车车身焊接工艺一、汽车车身焊接工艺的原理汽车车身焊接是通过将金属件加热至熔化，然后在熔融状态下进行连接的一种加工方法，其原理是利用焊接电弧产生的高温和热能，将金属件的表面熔化，形成连接。

汽车车身焊接通常使用的焊接方式主要包括点焊、焊缝焊接和激光焊接。

1.点焊点焊是一种常用的汽车车身焊接方式，其原理是利用电流通过焊枪的两个电极，使其在被焊接的金属接触点产生高温，将金属件焊接在一起。

点焊适用于汽车车身内部焊接，它能够在短时间内形成坚固的连接，焊接效果好，但是只适合连接厚度小于3mm的金属件。

2.焊缝焊接焊缝焊接是通过焊枪喷出的熔融金属填满被焊接的金属件之间的间隙，形成连续的焊缝，实现金属件的连接。

焊缝焊接适用于汽车车身外部焊接，能够焊接厚度较大的金属件，连接牢固，牢固和密实。

3.激光焊接激光焊接是一种高科技的汽车车身焊接方式，利用激光束进行焊接，其原理是通过激光束的高能量和高密度实现金属件的熔化和连接。

激光焊接速度快，精度高，连接坚固，适用于汽车车身的复杂形状焊接。

二、汽车车身焊接工艺的技术特点汽车车身焊接工艺具有以下几个技术特点：1.高效性汽车车身焊接工艺能够实现高效的生产，焊接速度快，能够大幅度降低生产成本和提高产能，同时能够保证焊接质量。

2.自动化汽车车身焊接工艺在生产线上实现了自动化，通过工业机器人和自动焊接设备实现了汽车车身的高效焊接，大大提高了焊接质量和生产效率。

3.多样性汽车车身焊接工艺能够适应不同形状、材质和厚度的金属件的焊接，能够实现汽车车身的多样性生产要求。

4.环保性汽车车身焊接工艺在焊接过程中减少了焊接烟尘和废气的排放，提高了环境保护意识，符合现代产业发展的环保要求。

5.质量稳定汽车车身焊接工艺通过严格的工艺控制和质量检测，能够保证焊接质量的稳定和一致性，提高了汽车车身的安全性和可靠性。

三、汽车车身焊接工艺的发展趋势随着汽车制造的不断发展和技术的进步，汽车车身焊接工艺也在不断发展和完善，其发展趋势主要表现在以下几个方面：1.智能化汽车车身焊接工艺将会向智能化方向发展，通过网络化控制和自动化设备实现生产线的智能化运行，实现生产和质量的高效管理。

工业机器人的关键技术摘要：本文简单的介绍了机器人的技术：定义、组成及分类，着重阐述了工业机器人关键技术，并对六种工业机器人：移动机器人、点焊机器人、弧焊机器人、激光加工机器人真空机器人及洁净机器人等的关键技术进行了详细分析。

关键词：工业机器人关键技术制造业1工业机器人技术概述1.1定义工业机器人（英语：industrial robot□简称IR)是种能自动控制、可重复编程、多功能、多自山度的操作机。

它们通常配有机械手、刀具或其它装配的加工工具，能够搬运材料、工件，完成各种作业，是种柔性自动化设备。

1.2结构组成工业机器人一般由主构架(手臂)、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。

机器人手臂具有3个自由度(运动坐标轴)，机器人作业空间由手臂运动范围决定。

手腕是机器人工具(如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪)与主构架的连接机构，它具有3 个自由度。

驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。

测量系统用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量。

控制器(RC)用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。

通过传感器获得搬运对象和机器人本身的状态信息，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的重量是否过载等。

工业机器人的典型结构如图1所示。

图1机器人的典型结构1.3分类工业机器人按臂部的运动形式分为四种。

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。

工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。

点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。