焊接機器人的應用分析及編程技巧

自從20世紀60年代初，人類創造了第一臺工業機器人以后，工業機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，工業機器人技術得到了迅速的發展，工業機器人已在工業發達國家的生產中得到了廣泛的應用。目前，工業機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與家具制造業等領域中。在工業生產中，焊接機器人、裝配機器人、噴涂機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量采用。本文以下重點介紹焊接機器人。

 

焊接機器人是從事焊接(包括切割與噴涂)的工業機器人，它主要包括機器人和焊接設備兩部分。其中，機器人由機器人本體和控制柜(硬件及軟件)組成;而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源(包括其控制系統)、送絲機(弧焊)、焊槍(鉗)等部分組成。對于智能機器人，還應配有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。

 

1、點焊機器人的特點

 

由于采用了一體化焊鉗，焊接變壓器裝在焊鉗后面，所以點焊機器人的變壓器必須盡量小型化。對于容量較小的變壓器可以用50Hz工頻交流，而對于容量較大的變壓器，工業上已經開始采用逆變技術把50Hz工頻交流變為600～700Hz交流，使變壓器的體積減少、減輕。變壓后可以直接用600～700Hz交流電焊接，也可以再進行二次整流，用直流電焊接，焊接參數由定時器調節。目前，新型定時器已經微機化，因此機器人控制柜可以直接控制定時器，無需另配接口。點焊機器人的焊鉗，用電伺服點焊鉗，焊鉗的張開和閉合由伺服電機驅動，碼盤反饋，使焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定并預置，而且電極間的壓緊力也可以無級調節。

 

電伺服點焊鉗具有如下優點：

(1)每個焊點的焊接周期可大幅度降低，因為焊鉗的張開程度是由機器人精確控制的，機器人在點與點之間的移動過程，焊鉗就可以開始閉合;而焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人就可以一邊位移，不必等機器人到位后，焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機器人再移動。

 

(2)焊鉗張開度可以根據工件的情況任意調整，只要不發生碰撞或干涉，可盡可能減少張開度，以節省焊鉗開度，節省焊鉗開合所占的時間。

 

(3)焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時兩電極是輕輕閉合，可減少撞擊變形和噪聲。

 

2、弧焊機器人的特點

 

弧焊機器人多采用氣體保護焊方法(MAG、MIG、TIG)，通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。

 

近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，在這些焊接設備內已經插入相應的接口板，所以弧焊機器人系統中并沒有附加接口箱。應該指出的是，在弧焊機器人工作周期中，電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應按持續率100%來確定電源的容量。送絲機構可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩定性，而后者軟管校長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態，會嚴重影響送絲的質量，所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩定性的問題。

 

3、焊接機器人應用中存在的問題和解決措施

 

(1)出現焊偏問題：可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現問題。這時，要考慮TCP(焊槍中心點位置)是否準確，并加以調整。如果頻繁出現這種情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

 

(2)出現咬邊問題：可能為焊接參數選擇不當、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當調整。

 

(3)出現氣孔問題：可能為氣體保護差、工件的底漆太厚或者保護氣不夠干燥，進行相應的調整就可以處理。

 

(4)飛濺過多問題：可能為焊接參數選擇不當、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長，可適當調整機器功率的大小來改變焊接參數，調節氣體配比儀來調整混合氣體比例，調整焊槍與工件的相對位置。

 

(5)焊縫結尾處冷卻后形成一弧坑問題：可編程時在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。

 

4、在焊接過程中，機器人系統常見的故障

 

(1)發生撞槍：可能是由于工件組裝發生偏差或焊槍的TCP不準確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

 

(2)出現電弧故障，不能引弧：可能是由于焊絲沒有接觸到工件或工藝參數太小，可手動送絲，調整焊槍與焊縫的距離，或者適當調節工藝參數。

 

(3)保護氣監控報警：冷卻水或保護氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護氣管路。

 

5、焊接機器人的編程技巧

 

(1)選擇合理的焊接順序，以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定焊接順序。

 

(2)焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。

 

(3)優化焊接參數，為了獲得最佳的焊接參數，制作工作試件進行焊接試驗和工藝評定。

 

(4)采用合理的變位機位置、焊槍姿態、焊槍相對接頭的位置。工件在變位機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置。同時，要不斷調整機器人各軸位置，合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置必須通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結積累經驗。

 

(5)及時插入清槍程序，編寫一定長度的焊接程序后，應及時插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確保可靠引弧、減少焊接飛濺。

 

(6)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程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。

 

結束語

隨著先進制造技術的發展，實現焊接產品制造的自動化、柔性化與智能化已成為必然趨勢。目前，采用機器人焊接已成為焊接自動化技術現代化的主要標志。焊接機器人由于具有通用性強、工作可靠的優點，受到了人們越來越多的重視。