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焊接機器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制

　　焊接機器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具，但這并不意味著我們一定可以實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。焊接機器人應(yīng)用技術(shù)是一個系統(tǒng)工程，通過近10年的工作經(jīng)驗總結(jié)，我覺得以下幾個方面的工作不容忽視：

　　建立并培養(yǎng)一個具有機器人技術(shù)素養(yǎng)的隊伍

　　焊接機器人工程是機電一體化技術(shù)的濃縮，其中包含了機器人技術(shù)、自動化控制技術(shù)、焊接技術(shù)等。期望一個企業(yè)培養(yǎng)的技術(shù)人才是不現(xiàn)實的，但是焊接機器人的應(yīng)用狀況又確實與這些人的技術(shù)素養(yǎng)相關(guān)。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè)，如伺服電機、減速機等需要進(jìn)口，使價格難以降低，所以機器人生產(chǎn)成本降不下來。所以，我認(rèn)為機器人用戶可以建立一個服務(wù)于機器人應(yīng)用的隊伍，在這個隊伍中，可以分為機器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理、焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試及現(xiàn)場生產(chǎn)操作等幾類人員，各司其職，各負(fù)其責(zé)。

　?。?）機器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員主要負(fù)責(zé)機器人系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)及管理、機器人應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)和利用，以挖掘機器人的工作能力為目的。

　　（2）焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試人員主要負(fù)責(zé)機器人作業(yè)程序的管理工作，焊接機器人應(yīng)用的目的是為焊接生產(chǎn)服務(wù)，焊接工藝員對焊接品質(zhì)的把握是機器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵所在，他的職責(zé)是讓機器人成為他得心應(yīng)手的工具，把他的焊接思路完整地傳達(dá)給機器人。編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會形成一個好程序。

　　（3）現(xiàn)場生產(chǎn)操作人員的主要工作雖然是裝卸工件，但僅有這些是不夠的，還必須要有自己的判斷能力，并且能夠?qū)⒑附訖C器人工作過程中的表現(xiàn)準(zhǔn)確及時地反饋給機器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員，包括焊接工藝和機器人作業(yè)程序調(diào)試人員，這樣有利于設(shè)備一旦出現(xiàn)故障時立即做出準(zhǔn)確判斷，制訂故障解決方案，為恢復(fù)生產(chǎn)搶得時間。焊接系統(tǒng)采用FANUC公司生產(chǎn)的M-710iC/20L機械臂和美國LINCOLN公司的POWERWAVEi400數(shù)字焊接電源，能夠很好的滿足操作靈活度和焊縫質(zhì)量的要求。

原來焊接機器人在鋼結(jié)構(gòu)焊接中就是這么干的

1. 概述

電力變壓器是輸變電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器外殼——油箱承裝著整個器身并充滿變壓器油，焊縫強度及密封性是變壓器的兩個重要指標(biāo)。

目前，在變壓器油箱制造行業(yè)，雖然有的企業(yè)已經(jīng)開始使用機器人，但總體仍是以手工焊接和仿形半自動焊接為主，自動化焊接還有很大的提升空間。與手工焊接相比，機器人焊接在穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率等方面存在著巨大優(yōu)勢。為了克服機器人焊接過程中各種不確定性因素對焊接質(zhì)量的影響，需提高機器人作業(yè)的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊機器人系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)空間焊縫的自動實時跟蹤，而且還能實現(xiàn)焊接參數(shù)的在線檢測、調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實時控制。因此，大力推廣應(yīng)用焊接機器人，提高焊接自動化水平是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

焊接機器人構(gòu)造及功能

下面就以我公司使用的德魯斯DRW3110F-40型焊接機器人（見圖1）為例，簡要介紹一下機器人的組成結(jié)構(gòu)及主要功能。

為了實現(xiàn)自動化焊接，提高焊縫成形質(zhì)量，焊接機器人還具備如下功能。

（1）示教功能?不同于軌道固定式機器人，移動式機器人坐標(biāo)系的基準(zhǔn)零點不固定，程序的創(chuàng)建和修改要通過示教器（見圖2）進(jìn)行操作。

機器人有三種運動軌跡，分別為：點對點運動、直線運動、圓弧運動，針對不同的焊縫路徑選擇不同的運動軌跡。

（2）擺焊功能?為了增大焊縫寬度。提高焊接強度，手工焊接操作時常常沿著焊接方向以特定角度（形狀）周期性左右搖擺焊槍。在這種情況下，開發(fā)開放式的機器人控制系統(tǒng)顯得非常迫切，同時開放式機器人控制器也是當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展趨勢。焊接機器人同樣具備這一擺焊功能，并可以選擇正弦型擺焊、圓型擺焊、8字形擺焊、L形擺焊等多種擺焊模式，擺焊條件設(shè)置分為頻率、振幅、右停留時間、左停留時間、角度等幾個參數(shù)。

（3）焊縫跟蹤功能?電弧傳感器可周期性對焊接電流實施監(jiān)測，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，按照事先設(shè)定的增益、偏差等參數(shù)值，對焊槍上下和左右方向進(jìn)行補償（見圖3）。焊接機器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制焊接機器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具，但這并不意味著我們一定可以實現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。這項功能在應(yīng)對工件出現(xiàn)加工偏差或者受熱變形等情況時非常有效，能夠及時糾正焊縫跑偏或?qū)捳灰磺闆r。

?機器人控制器的通用化、開放化和多軸協(xié)調(diào)控制

機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置， 它是機器人的心臟， 決定了機器人性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的機器人控制器基本上采用專用的計算機、 專用的機器人語言和專用的操作系統(tǒng)設(shè)計的， 結(jié)構(gòu)封閉， 表現(xiàn)出開放性差、 軟件獨立性差、 擴展性差、 缺少網(wǎng)絡(luò)功能等缺點， 它嚴(yán)重地影響了機器人的發(fā)展和應(yīng)用水平。當(dāng)前，世界各工業(yè)強國都致力于智能機器人及智能制造技術(shù)的研發(fā)，智能化水平已成為衡量一個國家制造水平的重要標(biāo)志。在這種情況下， 開發(fā)開放式的機器人控制系統(tǒng)顯得非常迫切， 同時開放式機器人控制器也是當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展趨勢。

目前各機器人廠商的控制柜都具有多軸協(xié)調(diào)控制能力， 用于多機器人焊接系統(tǒng)， 即若干個機器人通過合作與協(xié)調(diào)而完成某一任務(wù)。例如 MOTOMAN的機器人控制柜 NX100 可控制 4 臺弧焊機器人同時作業(yè)， 使生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。(2)出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的相對位置。由于1臺控制柜可統(tǒng)一控制多臺機器人，所以機器人間無需聯(lián)鎖。

焊接過程中， 可根據(jù)作業(yè)內(nèi)容選擇多臺機器人協(xié)調(diào)作業(yè)， 或選擇單臺機器人獨立作業(yè)， 控制器實時監(jiān)控手臂間的干涉， 即使在示教中， 也能防止機器人間發(fā)生碰撞。

焊接機器人工作站上使用主要為了實現(xiàn)三類功能

目前， 這類激光傳感器在焊接機器人工作站上使用主要為了實現(xiàn)三類功能：

（ 1 ） 初始焊位引導(dǎo)， 也稱為焊縫搜索或接頭搜索。由于裝配誤差， 可能引起焊縫位置的變化。對于機器人的用戶—-汽車白車身生產(chǎn)廠來說，目前幾乎所有的裝備都來從國外引進(jìn)，國產(chǎn)機器人幾乎找不到表演的舞臺。此時如果仍然按照原示教結(jié)果進(jìn)行焊接， 可能會出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象。焊縫搜索是利用一次或多次搜索定位焊縫， 在焊接前平移機器人的編程路徑， 確保焊縫地熔敷在接頭上的過程。用于焊接機器人的焊縫搜索定位系統(tǒng)， 包括點式及條紋式的激光傳感器，適用于不同項目需求。

（ 2 ） 焊接過程中對焊縫實時跟蹤。焊縫跟蹤也稱為接頭跟蹤， 是指在焊接位置前方進(jìn)行實時跟蹤。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。這不僅可以校正機器人或?qū)C的軌跡， 而且可以實現(xiàn)自適應(yīng)控制， 例如通過調(diào)整電壓、 送絲速度或行走速度來改變焊縫成形。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實時地檢測焊縫三維空間位置和曲面曲率， 并將此信息發(fā)送給機器人控制器， 引導(dǎo)焊槍移動。

（ 3 ） 焊后質(zhì)量檢測。利用激光傳感器的三維信息獲取能力， 可以對焊后的焊縫成形質(zhì)量和缺陷進(jìn)行檢驗， 發(fā)現(xiàn)成形不良、 咬邊等缺陷。

值得注意的是， 目前一些機器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經(jīng)開始著手研制用于所產(chǎn)機器人的激光焊縫跟蹤傳感器。將來焊縫跟蹤激光傳感器將與焊接機器人協(xié)同工作得更好。先進(jìn)的激光焊縫跟蹤傳感器不僅能夠感知被測點的三維位置， 還能夠擬合出工件的曲率， 從而不僅調(diào)節(jié)焊槍位置， 還可以幫助調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)， 如圖 4 所示。機器人焊接采用的是富混合氣體保護(hù)焊，焊接過程中出現(xiàn)的焊接缺陷一般有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析如下：(1)出現(xiàn)焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現(xiàn)問題。這樣在激光焊縫跟蹤傳感器的幫助下， 有可能完全省去示教步驟， 從而大大提高工作效率。目前， 焊縫跟蹤傳感器還是非常活躍的領(lǐng)域之一， 多條紋激光光源、 錐形激光光源等都有研究和應(yīng)用。所適用的焊接過程也從原來的單道焊接擴展到多層多道焊的焊縫跟蹤， 對于高反光的鋁合金材料焊接， 也能夠?qū)崿F(xiàn)有效跟蹤。