焊接机器人的性能要求与系统构成

远祥

焊接机器人最早只在点焊中得到应用，80年初，随着计算机技术、传感器技术的发展，弧焊机器人逐渐得到普及，特别是近十几年来由于世界范围内经济的高速发展，市场的激烈竞争使那些用于中、大批量生产的焊接自动化专机已不能适应小规模、多品种的生产模式逐渐被具有柔性的焊接机器人代替，焊接机器人得到了巨大的发展，焊接已成为工业机器人应用最大的领域之一，焊接机器人在汽车、摩托车、工程机械等领域都得到了广泛的应用。目前世界拥有的80余万台工业机器人中，用于焊接的机器人可达40％以上。

  P3 o, d8 C/ ~) r0 J( ]" F( q7 X9 L* V机器人焊接时的主要注意事项

1．必须进行示教作业

在机器人进行自动焊接前，操作人员必须示教机器人焊枪的轨迹和设定焊接条件等。

由于必须示教，所以机器人不面向多品种少量生产的产品焊接。
7 ?4 V0 M8 q" K/ O
+ i# h- F; w- `+ I' i. C* x2．必须确保工件的精度
2 H; H9 P, x2 j4 ]1 m0 v
机器人没有眼睛，只能重复相同的动作。

9 v- s3 r+ G' M机器人轨迹精度为±0．1mm，以此精度重复相同的动作。
! J+ e4 V6 `* i( G8 j
焊接偏差大于焊丝半径时，有可能焊接不好，所以工件精度应保持在焊丝半径之内。
. [5 Z9 {, y/ s* H3 [( c8 x
: V* {. Q) N- ]7 {( s3．焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平
. x! G$ L* E( K* U" R
操作人员进行示教时必须输入焊接程序，焊枪姿态和角度，电流、电压、速度等焊接条件。

示教操作人员必须充分掌握焊接知识和焊接技巧。

+ `5 S# m* \& \4．必须充分注意安全
5 ?7 q3 A0 k' H* _- F
8 d, n$ y+ \1 d+ }. I" {) Y6 o! b机器人是一种高速的运动设备，在其进行自动运行时绝对不允许人靠近机器人（必须设置安全护栏）。
2 T# V3 r, \( L
操作人员必须接受劳动安全方面的专门教育，否则不准操作。
* i7 k. ]2 D* t
, [$ \3 Z! S4 y$ O; B* R* k. }弧焊机器人的性能要求
: {0 s' k/ T" `. _
在弧焊作业中，要求焊枪跟踪工件焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，因此运动过程中速度的稳定性和轨道精度是两项重要的指标。

一般情况下，焊接速度可取5～50mm／s，轨道精度可取±0·2～0·5mm。由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定的影响，因此希望在根踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，还有其它一些性能要求，如摆动功能、焊接传感器（起始点检测、焊缝跟踪）的接口功能、焊枪防碰功能等。
- ?$ W( x) Q! r4 A+ ]' p, ]  Q* r
焊接规范的设定。起弧、收弧参数。
( C) W/ h- o. C1 e. Z, x
摆动功能。摆动频率、摆幅、摆动类型的设定。
2 _3 a( l+ T% H) `1 c
焊接传感器。起始点检测、焊缝跟踪传感器的接口功能。
) q1 F% C- y) h& c
焊枪防碰功能。当焊枪受到不正常的阻力时，机器人停机，避免操作者和工具受到损坏。

% c6 s, S; m, F3 Q3 |8 T多层焊功能。应用该功能可以在第一层焊接示教完成后，实现其余各层的自动编程。

再引弧功能。引弧失败后，自动重试。因此消除了焊接异常（引弧失败）发生时引起的作业中断，最大限度避免了因此而引起的全线停车。

8 V# O; R' B0 `( z; l& k焊枪校正功能。焊枪与工件发生碰撞时，可通过简单操作进行校正。
; R4 e; \5 }& `& J7 h3 k2 f
( z3 c: B* U5 x0 E' Q粘丝自动解除功能。焊接终了时如果检测出焊丝粘丝，则自动再通电解除粘丝，因此不必手工剪断焊丝。

0 ?! G2 |9 j* T断弧再启动功能。出现断弧时，机器人会按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此无须补焊作业。

点焊机器人的性能要求

2 D, Z8 V4 _1 s8 D) S" e+ z对于点焊机器人运动速度是一个重要指标，要求能够快速完成小节距的多点定位（例如每0．3－0．4秒移动30－50mm节距后定位）；为确保焊接质量，定位精度要求较高（一般为±0·25mm）；并具有较大的持重（50～100Kg），以便携带内装变压器的焊钳。
! j7 l0 V$ b/ P% u7 Q/ C
! N5 q; u1 K6 p% ~5 m0 U. Y* u焊接机器人的主要性能指标

焊接机器人的主要性能指标以日本安川电机公司生产的Motoman－L10为例表示如下：
$ R: V) p" j3 {7 o$ c


名称与型号：Motoman－L10

5 x# O- O6 ]0 I( _- e' \主要用途：弧焊
; O; B$ t5 k5 K3 i2 b+ y% _
类别：示教再现型
0 N- {6 T' i, u! v4 f! V  |+ t% T
坐标型式：多关节式
. A# t: H+ _( V# q
7 I- A! Q# N. g$ [+ ?7 g自由度数：5个
; q+ P* p: E. f$ e* r
0 X' P8 `9 W! r0 d抓重：最大10㎏（包括夹钳）
% ~, R3 b, |% ^$ F5 S
动作范围与速度运动参数列表如下：

Motoman－L10运动参数
- c$ G% a  g  P; f4 w% R+ Y
3 |/ u2 w7 q. u/ V
（遮住的数字是150）

% ?7 W" p9 Y+ R* J8 }. ~定位方式：选用增量编码器作为位置检测元件
- j4 t/ [' V* s7 N8 k
控制方式：重复式数字位置控制方式，可精确控制运动轨迹

+ H; Q) U/ L% W. B$ m重复定位精度：±0．2mm
* X5 H: e9 x" @3 s
驱动方式：电伺服采用交流测速发电机作为伺服电动机的速度检测元件，实现速度反馈，并引进力矩反馈

: Y, u% a" b' r+ g9 O驱动源：DC伺服电动机

程序控制和存储方式：采用8位微处理Intel8080用半导体存储器作为主存（盒式磁带补充主存容量之不足）

程序步数：1000步
# _- _. @& [, v" _' a& z" R
指令条数：600条
' k# w! u& Z8 }% T3 f
2 _7 g" H1 T. ~7 C- `重量：本体400㎏控制部分350㎏

: m0 E8 z$ T5 \& P外部同步信号：输入22点输出21点

9 O; p/ }. n' ^- b电源：AC220／220V（＋10％，－15％），50／60HZ±1HZ，三相5KVA
' b6 v' V1 c! m* _. x
焊接机器人的系统构成

完整的焊接机器人系统一般有如下几部分组成：机器人操作机、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪和焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。
  s6 A, ?: u  K2 g- x# Z8 F
根据用途，将工业机器人配置不同的焊接系统，将组成不同的焊接机器人系统。
$ p4 L2 t9 [/ u! z8 e& [弧焊机器人

弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而性能有特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中的速度稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约为5～50㎜／s，轨迹精度约为±（0．2～0．5）㎜。由于焊枪的姿态对焊缝质量有一定的影响，因此希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大，其一些基本性能要求如下所示：

$ g2 X! ~/ D' D% K设定焊接条件（电流、电压、速度等）；

: B0 t3 k" O9 e2 e$ q: H3 T摆动功能；

坡口填充功能；
5 L8 ~# i" x6 L, p: `9 k  N8 Y
* C0 ^9 A6 `: F- U3 F焊接异常功能检测；

焊接传感器（起始点检测、焊道跟踪）的接口功能。
9 }/ K6 L9 m: M% A3 c3 v; Q/ e! N
4 Q) H! q: p3 x8 e' ~5 x; P点焊机器人

汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域。最初，点焊机器人只用于增强焊作业（往已拼接好的工件上增加焊点），后来为了保证拼接精度，又让机器人完成定位焊作业性能，具体来说有：
2 k( p, Q& T  f
安装面积小，工作空间大；
5 ~( V3 ?( m( X, P5 D6 p0 B8 Q( S* @+ @
# o: M" s1 p/ @快速完成小节距的多点定位（例如每0．3～0．4s移动30～50㎜节距后定位）；
9 U) `. c1 J, I! ^1 z
定位精度高（±0．25㎜），以确保焊接质量；

5 }- O8 R5 R# w) @& g9 }持重大（50～100㎏），以便携带内装变压器的焊钳；
) r4 A" l; i. X; g* M$ c
内存容量大，示教简单，节省工时；
6 y3 r  u! o7 s3 ]" ^
点焊速度已生产线相匹配，同时按全可靠性好。
1 O% w( B: D& b
; Z+ x# M$ ^* {# I) X: w
焊接机器人系统原理图
# T1 a4 g# n& ]" |
焊接机器人的示教编程

: E3 O2 C) x# |用机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指令，规定机器人应该完成的动作和作业的具体内容，这个指示过程称之为对机器人的示教（teaching），或者称之为对机器人的编程（programming）。对机器人的示教内容通常存储在机器人的控制装置内，通过存储内容的再现（playback），机器人就能实现人们所要求的动作和要求人们赋予的作业内容。
$ w/ F8 u. ^$ d8 D! C
示教内容主要由两部分组成，一是机器人运动轨迹的示教，二是机器人作业条件的示教。机器人运动轨迹的示教主要是对为了完成某一作业，焊丝端部所要运动的轨迹，包括运动类型和运动速度的示教。机器人作业条件的示教主要是为了获得好的焊接质量，对焊接条件进行示教，包括被焊金属的材质、板厚、对应焊缝形状的焊枪姿势、焊接参数、焊接电源的控制方法等。

xiangrikuib11

感谢分享！

陳536

怎麼驗收機器人呢?有範本嗎?

BLACKLSEAN

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threetigher

陳536 发表于 2018-8-1 20:16
怎麼驗收機器人呢?有範本嗎?

一般是在机器人出厂前，就给出样本，进行demo焊接，评估质量，效率等等。

地球MAN

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