電弧焊接工業(yè)機器人及其自動化技術(shù)

★描述  

    在電弧焊接和制造業(yè)中，通常采用機械或電力方式按順序執(zhí)行部分或全部的自動化操作步驟。部份自動化的某些功能可由人工執(zhí)行；全自動則不調(diào)節(jié)任何功能全部由操作員執(zhí)行，自動化可用于許多不同的生產(chǎn)過程。自動化設備能組裝單個或組合零配件（設定的自動化）；也可以靈活變化，進行快速修改，使它可以對不同的零部件、配件進行相似的操作（可變的自動化）。

　　有許多術(shù)語用于描述機器執(zhí)行的電弧焊接操作，現(xiàn)總結(jié)如下。

　　☆機械化焊接：焊接過程中，焊接參數(shù)由機械或電力控制管理，也可進行手動調(diào)節(jié)以保持所需的焊接位置。

　　☆自動焊接:該焊接的所有參數(shù)都受到控制。可以在焊接操作之間進行手動調(diào)節(jié)，但不能在焊接時進行調(diào)節(jié)。

　　☆機器人焊接：是使用機器人的自動焊接，可預先對機器人定制不同的焊接路徑和幾何構(gòu)造。

★當前狀態(tài)

　　焊接是工業(yè)機器人的主要工作任務，其中25%～35%的機器人用于電弧焊接，30%～40%用于完成電阻焊接任務。汽車部門是工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的主要用戶（占50%～60%），而黃色機械產(chǎn)品（土石搬運設備）和白色家電產(chǎn)品（洗衣機、冰箱等）生產(chǎn)部門是正在增長的用戶。

　　機器人由電腦控制管理，是行動平穩(wěn)的伺服傳動反饋系統(tǒng)，它能精確且迅速地通過指定的路徑。以計算機為基礎，可以很容易地對其重新編程（重新傳授指令），以使它執(zhí)行新的任務和操作。

　　程序最初是通過點對點地操作機器人產(chǎn)生的，當機器人通過指定的路徑時，依次記錄下各點的情況（教與學）。這種方法要求“在線”使用制造機器人。計算機模擬工具已逐漸用于編寫程序，當有需要時，就將“離線”（未連接的）程序下載到機器人中。關(guān)于離線編程的介紹，請參見《離線工業(yè)機器人編程介紹》。

　　通常基于激光條或掃描點的傳感器，逐漸被用于跟蹤焊縫和更正焊接參數(shù)，以調(diào)節(jié)接頭的裝配和體積的變化。請參見《接頭技術(shù)的研究結(jié)論、發(fā)展情況和適用于獨立機器人制造的電弧焊接過程》。

　　通常機器人設備是被固定著的，并附帶有用于焊接的零部件。但是，在焊接現(xiàn)場生產(chǎn)象船這類的大型制造物時，可將便攜式機器人安置在需要焊接的位置，請參見《便攜式焊接機器人—— 一種工業(yè)勘測》。

　　在最近的項目中，TWI與歐洲伙伴共同研發(fā)了一種獨立機器人，該機器人在零部件附近工作，請參見下文中的《NOMAD項目》和《機器人制造》。

　　關(guān)于結(jié)構(gòu)制造業(yè)中可變自動化的概述，請參見《結(jié)構(gòu)制造業(yè)中可變自動化概述》。

★利益　

    機械化/自動化系統(tǒng)的成功應用，能產(chǎn)生一定的利益。包括生產(chǎn)率的提高，穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，可預測的焊接生產(chǎn)率，減少易變的焊接成本和部分較少的開支。而該應用的缺陷是：要比手工焊接設備投入更多的資本，需要提供更精確的零部件位置并對其定向，并且需要更先進的電弧運動和控制設備。

　　這樣，就必須有足夠大的產(chǎn)品需求量，獲得可觀的利潤來支付設備和安裝的成本，維護機器人設備以及培訓操作員和程序員，請參見《機器人在鋼材棱角切割方面有用武之地嗎？》。

　　影響自動化使用范圍的幾個因素是：

　　●產(chǎn)品質(zhì)量——可實現(xiàn)更好的過程控制管理、改善產(chǎn)品和減少材料浪費。

　　●生產(chǎn)水平——可創(chuàng)造更大的生產(chǎn)量，提高貨物銷售量，這可能是自動化生產(chǎn)最重要的優(yōu)點。

　　●人力——自動化可以保證焊工在安全的環(huán)境下工作，并且使公司能雇傭更廉價的、技術(shù)不熟練的勞動力進行工作。但必須對這些人員進行教學和培訓，以使自動化系統(tǒng)得到最充分的利用。

　　●投資——必須弄清使用自動化系統(tǒng)所節(jié)約的資金和花費的成本，包括可用的和已花費的資本。請參見《機器人在鋼材棱角切割方面有用武之地嗎？》。

★專業(yè)技能　

    TWI的電弧焊接工程師和技術(shù)人員擁有豐富的技能和多年研發(fā)、解決工業(yè)問題的經(jīng)驗。TWI通過以下方法在制造業(yè)中推廣機器人技術(shù)并提供長久的支持：

    ●可行性研究

    ●樣品研發(fā)

    ●生產(chǎn)支持

　　對于在選擇和安裝機器人方面的指導，請參見《關(guān)于機器人焊接工作間的思考——指導文獻》。書中包括了如下的咨詢和研發(fā)工作：

    ●機器人MIG/MAG焊

    ●機器人TIG焊

    ●接頭研究結(jié)論和焊縫跟蹤

    ●具有適應性的控制

    ●靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)

    ●處理和機器人模擬

    ●離線編程

    ●遙控焊接

★資源

    ●MIG/MAG電弧焊接機器人

    ●TIG焊接機器人

    ●激光掃描傳感器

    ●靈活的夾具和夾鉗系統(tǒng)

    ●IGRIP模擬軟件

★NOMAD　　

    TWI最近已經(jīng)完成了由歐盟提供資金的NOMAD項目。NOMAD項目研發(fā)了一種自動、靈活的機器人焊接系統(tǒng)，和那些大型的系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)能方便、快速地生產(chǎn)小批定制的產(chǎn)品。

　　該系統(tǒng)包括以下方面的創(chuàng)新：

　　●在自動處理計劃和實時監(jiān)控系統(tǒng)中運用模擬制造技術(shù)；

　　●在高精度定位6軸機器人手臂中使用自動導航機器人；

　　●設計并制造了用于工業(yè)生產(chǎn)的堅固的機器人運輸車，該車具有完成焊接任務所需的特性；

　　●特別研發(fā)了焊接消費品，設計了焊接過程和感應器系統(tǒng)，用于完成控制和靈活度都與當前系統(tǒng)不匹配的“全位置”機器人焊接。