焊接機器人技術(shù)的發(fā)展(編輯修改稿)
2025-01-17 03:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的工具中心點就是焊槍的焊絲的端點，因此TCP的零位精度直接影響著焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。但在實際生產(chǎn)中不可避免會發(fā)生焊槍與夾具之間的碰撞等不可預(yù)見性因素導(dǎo)致TCP位置偏離。通常的做法是利用手動進(jìn)行機器人TCP校零，但一般全過程需要30min才能完成，影響生產(chǎn)效率。TCP自動校零是用在機器人焊接中的一項新技術(shù)，它的硬件設(shè)施是由一梯形固定支座和一組激光傳感器組成。當(dāng)焊槍以不同姿態(tài)經(jīng)過TCP支座時，激光傳感器都將記錄下的數(shù)據(jù)傳遞到CPU與最初設(shè)定值進(jìn)行比較與計算。當(dāng)TCP發(fā)生偏離時，機器人會自動運行校零程序，自動對每根軸的角度進(jìn)行調(diào)整，并在最少的時間內(nèi)恢復(fù)TCP零位。 雙絲焊接技術(shù)的研究 近年來由于我國汽車、集裝箱、機車車輛、工程機械等行業(yè)的高速發(fā)展，對高速焊和高熔敷效率焊接的需求越來越多。雙絲焊是近年來發(fā)展起來的一種高速高效焊接方法，焊接薄板時可以顯著提高焊接速度，達(dá)到3～6m/min，焊接厚板時可以提高熔敷效率。除了高速高效外，雙絲焊接還有其他的工藝特點：在熔敷效率增加時保持較低的熱輸入，熱影響區(qū)小，焊接變形小，焊接氣孔率低等。 由于焊接速度非常高，特別適合采用機器人焊接，因此可以說機器人的應(yīng)用也推動了這一先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展。 目前雙絲焊主要有兩種方式：一種是Twin arc法，另一種為Tandem法。焊接設(shè)備的基本組成類似，都是由兩個焊接電源、兩個送絲機和一個共用的送雙絲的電纜。為了防止同相位的兩個電弧的相互干擾，常采用脈沖MIG/脈沖MAG焊法，并保持兩個電弧輪流交替燃燒。這樣一來，就要求一個協(xié)同控制器保證兩個電源的輸出電流波形相位相差180176。當(dāng)焊接參數(shù)設(shè)置到最佳時，脈沖電弧能得到無短路、幾乎無飛濺的過渡過程，真正做到“1個脈沖過渡1個熔滴”，每個熔滴的大小幾乎完全相同，其大小是由電弧功率來決定。 Twin arc法的主要生產(chǎn)廠家有德國的SKS、Benzel和Nimark公司，美國的Miller公司。 Tandem法的主要廠家有德國的Cloos、奧地利Fronius和美國Lincoln公司。據(jù)德國Cloos公司介紹，采用Tandem法焊接2～3mm薄板時，焊接速度可達(dá)6m/min，焊接8mm以上厚板時，熔敷效率可達(dá)24kg/h。 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù) 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是激光焊接與氣體保護焊的聯(lián)合，兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池。該技術(shù)的研究最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末，但由于激光器的昂貴價格，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。隨著激光器和電弧焊設(shè)備性能的提高，以及激光器價格的不斷降低，同時為了滿足生產(chǎn)的迫切需求，激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)近年來成為焊接領(lǐng)域最重要的研究課題之一。 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)有多種形式的組合，有激光/TIG、激光/MAG和激光/MAG等。 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)之所以受到青睞是由于其兼各熱源之長而補各自之短，具有1 12或更多的“協(xié)同效應(yīng)”。與激光焊接相比，對裝配間隙的要求降低，因而降低了焊前工件制備成本；另外由于有填充焊絲消除了激光焊接時存在的固有缺陷，焊縫更加致密。與電弧焊相比提高了電弧的穩(wěn)定性和功率密度，提高了焊接速度和焊縫熔深，熱影響區(qū)變小，降低了工件的變形，消除了起弧時的熔化不良缺陷。在這點上特別適合鋁及其合金的焊接。 激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)是對激光焊接的重大發(fā)展，焊接同樣板厚的材料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企業(yè)的投資成本，該技術(shù)的發(fā)展對推動激光焊接的普及將起重要的作用。在焊接機器人系統(tǒng)中，電器性能良好的專用弧焊電源直接影響焊接機器人的使用性能。目前，弧焊機器人一般采用熔化極氣體保護焊（MIG 焊、MAG 焊、CO 焊）或非熔化極氣體保護焊（TIG、等離子弧焊）方法，熔化極氣體保護焊焊接電源主要使用晶閘管電源與逆變電源。近年來，弧焊逆變器的技術(shù)已趨于成熟，機器人用的專用弧焊逆變電源大多為單片微機控制的晶體管式弧焊逆變器，并配以精細(xì)的波形控制和模糊控制技術(shù)工作頻率在 20～50 KHZ，最高的可達(dá)200ｋHZ，焊接系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的動特性，非常適合機器人自動化和智能化焊接。還有一些特殊功能的電源，如適合鋁及其鋁合金 TIG 焊的方波交流電源、帶有專家系統(tǒng)的焊接電源等。目前有一種采用模糊控制方法的焊接電源，可以更好保證焊縫熔寬和熔深的基本一致，不僅焊縫表面美觀，而且還能減少焊接缺陷。弧焊電源不斷向數(shù)字化方向發(fā)展，其特點是焊接參數(shù)穩(wěn)定，受網(wǎng)路電壓波動溫升、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、成型良好。另外，利用 DSP的快速響應(yīng)，可以通過主控制系統(tǒng)的指令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，適應(yīng)多種焊接方法對電源的要求。 目前，弧焊機器人普遍采用氣體保護焊方法，主要是熔化極氣體保護焊，其次是鎢極氬氣保護焊，等離子弧焊、切割及機器人激光焊數(shù)量有限，比例較低。發(fā)達(dá)國家的弧焊機器人已普遍采用高速、高效氣體保護焊接工藝，如雙絲氣體保護焊、 焊、熱絲TIG焊、熱絲等離子焊等先進(jìn)的工藝方法，不僅有效地保證了優(yōu)良的焊接接頭，還使焊接速度和熔敷效率提高數(shù)倍至幾十倍。 伺服焊鉗技術(shù)的汽車裝焊工藝中的應(yīng)用 伺服機器人焊鉗，就是利用伺服電機替代壓縮空氣做為動力源的一種新型焊鉗。它具有以下優(yōu)點： (1)提高車身的表面質(zhì)量 伺服焊鉗由于采用的是伺服電機，電極的動作速度在接觸到工件前，可由高速準(zhǔn)確地調(diào)整到低速，這樣，就可以形成電極對工件的軟接觸，減輕電極沖擊所造成的壓痕，從而也減輕了后序車身表面修磨處理量，提高了車身質(zhì)量。而且，應(yīng)用伺服控制技術(shù)可以對焊接參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化控制管理，可以保證提供出最適焊接參數(shù)數(shù)據(jù)，保證焊接質(zhì)量。 (2)改善作業(yè)環(huán)境 由于電極對工件的是軟接觸，可以減輕沖擊噪聲，也不會出現(xiàn)使用氣動焊鉗時所造成的排氣噪音。改善了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。 (3)高生產(chǎn)效率 伺服焊鉗的加壓開放動作由機器人來自動控制。與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗的動作路徑可以控制到最短化，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。 目前，從投資的角度來考慮，購買伺服焊鉗設(shè)備的一次投入較高，因此，伺服焊鉗還不能被廣泛采用。但是，考慮到伺服焊鉗的優(yōu)勢，如伺服焊鉗的軟接觸化，對工件的沖擊可減輕，從而可以相對減少焊接夾具夾緊機構(gòu)的數(shù)量，削減夾具的費用等，也可以減少生產(chǎn)線的整體投資額，伺服焊鉗仍有其廣闊的應(yīng)用空間。因此，隨著發(fā)展，伺服焊鉗會越來越多應(yīng)用于生產(chǎn)線上。 工業(yè)機器人技術(shù)的研究、發(fā)展與應(yīng)用，有力地推動了世界工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。特別是焊接機器人在高質(zhì)高效的焊接生產(chǎn)中，發(fā)揮了極其重要的作用。焊接機器人的技術(shù)展望為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向大型、復(fù)雜、動態(tài)和開放方向發(fā)展的需要，發(fā)達(dá)國家都在加大力度，對機器人技術(shù)進(jìn)行深入研究。從技術(shù)發(fā)展趨勢看，智能化控制技術(shù)將是焊接機器人技術(shù)發(fā)展的主要方向。焊接機器人視覺控制技術(shù)是通過對焊接區(qū)圖像進(jìn)行采集產(chǎn)生視頻信號送至圖像處理機，對圖像進(jìn)行快速處理并提取跟蹤特征參量，進(jìn)行數(shù)據(jù)識別和計算，通過逆運動學(xué)求解得到機器人各
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