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焊接机器人的性能要求与系统构成

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发表于 2018-8-1 12:48:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。9 m. t/ V! A2 F5 ~9 K
8 O% N! ]* C; i( i
机器人焊接时的主要注意事项
+ ]  K0 W  g) |+ _; h- n; H: h, D) B
8 w! V# s" m8 @/ D1.必须进行示教作业
  {3 H3 f# d6 }( V: D" z  Z
' ?. n& L' }% R) ?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。
4 \6 {) Y9 d8 y. I- f$ X) i) D7 l' U
8 Q  q, \- f& b$ q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。
, p  ]: j+ J! I- u6 t
. }+ u7 \9 ~7 v; e2.必须确保工件的精度
! ~6 n$ n, e% V! i( |% G
* |  |$ t* \$ V机器人没有眼睛,只能重复相同的动作。- E' n9 D# Q3 ?: D" L4 x
! Z" X- c4 }7 G+ k9 j
机器人轨迹精度为±0.1mm,以此精度重复相同的动作。
# F+ O6 j7 {( c1 a( h/ G! h' J( g* T( @
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。
; A/ \. ]' l5 i  Q
. T6 O( l- ?- L, X3 n) f: O: d3.焊接条件的设定取决于示教作业人员的技术水平
3 U$ T( Y' F& A: _8 ~  z: Y- g& O: F: E% o1 T( Y
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。
. L7 U4 R  U4 V% a$ m9 I
& S$ a8 x) v3 V! W0 O' v- W. [示教操作人员必须充分掌握焊接知识和焊接技巧。
1 Y  i8 T+ ^, B: o/ G8 L& A+ _* b" S5 A) b, b4 ]
4.必须充分注意安全7 U9 v- y# q. |4 ]. F+ @4 T
  }5 k& S( y  J1 D
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)。- d+ e( O! M3 r' ?4 {) h* v
: r5 {  r( b  v/ I0 @: T( s
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。1 Q# q  _/ T& c; F
; C$ }' G; k9 w) _( w3 o
弧焊机器人的性能要求
! g5 P! D# Y, |* b' A) A: Z" L
: h4 L. M  \1 `1 I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。5 s1 h+ u( {( V1 |, e, `/ `( ~

3 _7 ^4 R! A! V8 q$ d9 y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。
9 k6 x: g# r) {
. i/ [. o) C$ H9 `' ?; a/ B焊接规范的设定。起弧、收弧参数。6 I% l% s4 p7 j% F& s
9 ^3 `7 q# `$ r
摆动功能。摆动频率、摆幅、摆动类型的设定。
) K( Z5 w: U- [8 W5 Q! F. V4 j) s! i* I+ S1 h' x$ U! h) T
焊接传感器。起始点检测、焊缝跟踪传感器的接口功能。( a: H5 O) k' S6 F. B* [

+ Y; M+ U- E3 B0 P* V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。
. Q0 }) j8 m+ }7 H9 H$ j9 z* P
; m/ G/ {% x5 D' S8 y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。' I' U% z; J, Z

6 a, G# ?, c+ G! L% W( ]4 W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。! Q9 ]+ _: E/ M! y9 o' Z( g

3 @6 @* h. s/ O4 s1 F+ 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。6 P+ T) `. Q5 H5 t
3 R: M( [5 W  H3 f& e
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。
- b9 \/ a9 h5 ?
3 ~* s" A7 A/ M# d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。: y  U" B- w# v6 a; c% w1 O$ m

: n2 o# |' O, U3 A/ h' s点焊机器人的性能要求
3 L$ G% Z' V* d  g5 V  Z  T9 H/ @: g0 U1 ^- 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。
8 A) G1 I! E3 G+ o
  [( b) Y9 M2 @. T9 ^焊接机器人的主要性能指标1 t0 e& ~0 |5 o) x" W' s

7 U6 O7 O$ C& t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:6 b7 ]6 U- D5 C% F1 l. |# `2 T# B
; V: d4 m4 V6 P" t; f
) ]% E- X8 F# c  ~7 _7 b+ J

% w1 Z  x5 {5 a( t; @0 R& z6 u; u- I名称与型号:Motoman-L100 }' C- {; O. N! ^. X
! m! I: F+ _4 @% u5 e
主要用途:弧焊
; C3 j) W: d- ]2 ]6 G0 K# X# M/ K/ s
类别:示教再现型) e- ^& l9 Z- s/ q
- \( k- C# }7 z# V! s6 \5 L" `
坐标型式:多关节式# Y8 A1 u+ G0 _* ]

8 r/ N: \# i$ f! W自由度数:5个
8 n9 b$ J% S6 B" a' G" o
+ o6 a1 r$ N' }* ]' L9 ~3 U1 M抓重:最大10㎏(包括夹钳)
6 q$ Z4 h: t# n' ~% a1 a* D  q1 W# g; V* T+ n& p) q( w6 R1 a
动作范围与速度运动参数列表如下:' U0 {% W$ L9 ]+ D) ^  z1 [  v& N
' q+ E  w9 W/ `+ E0 t& z
Motoman-L10运动参数) C+ h/ d) R. J  k5 @% u" }9 p2 p

3 F$ o: }' y/ t' a/ N
+ h% \! O. O% R# i1 U+ y+ S! x5 Y, Q(遮住的数字是150)
' M3 N) z* K1 X7 B/ n. w$ Y; D& s- [- H+ Y
定位方式:选用增量编码器作为位置检测元件
1 \# q8 E; O/ u3 Q" V
  E/ i6 K  e, @. Z0 o控制方式:重复式数字位置控制方式,可精确控制运动轨迹" I7 @' W9 ?, h( z  P5 h

' S2 e8 h& w! B6 x3 }' U* A重复定位精度:±0.2mm
. X1 k) X) u  y8 D0 J* s9 `+ k# T7 L
% \$ C% q4 ~8 t+ l% J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
9 r/ l$ Y; n- G+ m7 z9 b' t# P' k6 r
驱动源:DC伺服电动机9 j9 ~" [" J! F8 g
* o# c( N  ^/ i0 I" x- C+ J& p
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)6 ^. \+ L0 m( O6 q; C/ m. G
* D  I; X( h$ t* h
程序步数:1000步- r( r- b) e$ y* i' ~# n' K
9 W2 \1 ?( o3 ]9 H5 l; m6 H2 `
指令条数:600条
8 ]; u7 |, R# u& O
$ l* \: u5 w! g! g重量:本体400㎏控制部分350㎏
* v; W* |9 B3 v* d- S( F- f# g; }8 Z
外部同步信号:输入22点输出21点
5 f/ k4 U1 }3 J0 L2 h* R9 |# A' ?; R$ t% |
电源:AC220/220V(+10%,-15%),50/60HZ±1HZ,三相5KVA
7 ]6 |+ P+ J1 S# F0 d2 f) B
7 S. F, G& F2 {焊接机器人的系统构成' f9 a  v+ K; q8 z

9 c. U  ?0 F; Q+ W% F' j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。6 R6 Q/ y/ G7 r% z/ O  l' ~
/ d* n$ R8 R$ ]9 a- O, a
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。
- J4 x# p3 q1 D2 ]' [弧焊机器人
! `/ U3 O! b1 I6 A' \7 a+ R/ m" D
, c: D4 c# S: Z/ q  B& E0 U, S2 f* D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:
7 x2 Q$ h( R( r5 R7 z6 q( ^/ E, c$ X# q. f% `. q
设定焊接条件(电流、电压、速度等);
% t6 k+ L( c8 K( I" z$ P) z/ H1 b! H* F  D) P6 [$ h9 @
摆动功能;" V* d# k% A5 J; R

7 X, u# W' n( x. N+ K- J/ A+ L1 }8 x# k3 ^坡口填充功能;
; p& H2 v' u+ j0 W8 b9 e4 M' s/ L5 j+ L; c' F0 c" S8 M
焊接异常功能检测;
7 h7 F+ k& @2 R# X" E; p& D) z! ], G) W8 W4 O; C: q: {0 V0 z
焊接传感器(起始点检测、焊道跟踪)的接口功能。
. E4 B- c6 s4 Y3 x2 B7 v7 Z) }' m4 ?9 I8 u# w) w
点焊机器人, s% U2 T$ `' Q2 X4 C" g% g
- e% x2 A! V! N/ a" w
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:
9 N# b+ U' T  I, W6 ^" h' U4 n$ H% P0 q
安装面积小,工作空间大;
" _5 {0 ^9 O% m0 i+ |5 S7 V9 B
" f1 o4 w7 \% I1 ?( G/ C% J3 ?- }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);2 S% F, }' j) j, B, U4 |8 h

2 Z- X- W6 O* V2 s, t" @" D定位精度高(±0.25㎜),以确保焊接质量;1 p8 M$ H' N3 U3 f# @0 {! n

# N+ K4 P+ l5 X+ b持重大(50~100㎏),以便携带内装变压器的焊钳;
$ a0 w$ [1 S8 m+ n# ~. |& n1 p
' F+ \7 @7 |+ ^; E6 a4 e) J% W内存容量大,示教简单,节省工时;
2 d) I* ]  F* f0 Y4 p$ T+ }1 a% @4 C+ X" R7 a% O& }! A
点焊速度已生产线相匹配,同时按全可靠性好。
; t5 K, m/ @/ H, t# P% S( ?; W! I. g) F! t7 v) D* I! J

+ Q( t( _+ k0 Z0 \) q1 M焊接机器人系统原理图
6 o0 N3 O' D( ?- x1 V' Q# \& J- y" z  V, s; ^
焊接机器人的示教编程# ?) m, }, [- Z" |( f: b" e
+ P" t! q" ~4 K
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。
+ o7 g7 [/ d! ?4 x  W) y  y0 |% o
- Q- @* i" f. @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。( R) q* \* A: E3 U% f( s
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发表于 2018-8-1 20:00:36 | 只看该作者
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3#
发表于 2018-8-1 20:16:31 | 只看该作者
怎麼驗收機器人呢?有範本嗎?
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4#
发表于 2018-8-1 21:44:26 | 只看该作者
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5#
发表于 2018-8-8 21:38:23 | 只看该作者
陳536 发表于 2018-8-1 20:16/ W# E- g( {/ K4 A5 _
怎麼驗收機器人呢?有範本嗎?

3 U# ^' C$ }* r  d! D  K) e1 f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。
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6#
发表于 2018-8-9 21:57:31 | 只看该作者
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