焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術(shù)的共同提高，而系統(tǒng)工程技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)和焊接技術(shù)的粘合劑。目前，焊接工藝正以驚人的發(fā)展速度成為工業(yè)生產(chǎn)中的主流工藝，而焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率是任何企業(yè)都不能忽視的問題，因而焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用勢在必行。過去，由于國內(nèi)缺乏專業(yè)技術(shù)人才，對機(jī)器人的應(yīng)用缺乏深層次的開發(fā)和利用，使它的利用效率遠(yuǎn)沒有很好地體現(xiàn)出來。如今，這種狀況正在迅速地改變。

　　機(jī)器人的特點(diǎn)

　　1.柔性

　　機(jī)器人是數(shù)控立體作業(yè)機(jī)床，具有六個(gè)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)焊槍位置的可達(dá)性，還可以實(shí)現(xiàn)焊槍的角度變化。雖然它的精度不能與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，但對于焊接生產(chǎn)而言，機(jī)器人的重復(fù)定位精度已完成能夠勝任。

　　從經(jīng)營角度看，設(shè)備的購入與產(chǎn)出平衡對企業(yè)來說非常重要，加之市場的影響，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期相對縮短。如果采用焊接專機(jī)進(jìn)行焊接生產(chǎn)，在產(chǎn)品換型時(shí)，焊接專機(jī)很難快速地適應(yīng)產(chǎn)品的變化，從而阻礙了新產(chǎn)品的推出速度，這種延誤極有可能嚴(yán)重影響企業(yè)的快速發(fā)展。采用機(jī)器人進(jìn)行焊接生產(chǎn)，企業(yè)只需編制一個(gè)新程序即可實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的投產(chǎn)，可使企業(yè)在市場上搶得先機(jī)。

　　2.人機(jī)對話

　　人機(jī)對話意味著自動(dòng)化程度的提高，同時(shí)也給我們帶來了效率和效益。人機(jī)對話是“指令”和“傳感”的交流，它的發(fā)展依賴于傳感技術(shù)的發(fā)展。目前在焊接機(jī)器人工作站上，已經(jīng)有越來越多的各種傳感器得到使用，比如，借助電流檢出裝置，可以實(shí)現(xiàn)焊接過程的跟蹤；利用視覺傳感器，可以實(shí)現(xiàn)焊縫位置的檢測。

　　3.在中國的應(yīng)用特點(diǎn)

　　（1）我國焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早的用戶，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%。在汽車行業(yè)中，點(diǎn)焊機(jī)器人與弧焊機(jī)器人的比例為3：2，而其他行業(yè)大都是以弧焊機(jī)器人為主。

　　（2）20世紀(jì)90年代以來，先進(jìn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備及工藝裝備的引進(jìn)使我國的汽車制造水平訊速提高到規(guī)模化生產(chǎn)，國外焊接機(jī)器人大量進(jìn)入中國。

　　（3）我國的焊接裝備水平、前后道工序設(shè)備的制造水平及系統(tǒng)集成能力與國外仍然存在很大差距，這直接制約了機(jī)器人在國內(nèi)其它行業(yè)的發(fā)展。

　　（4）大家對機(jī)器人的理解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，一些人對它要求太高，片面認(rèn)為無論什么產(chǎn)品，它都可以進(jìn)行焊接。機(jī)器人使用的好壞代表一個(gè)企業(yè)的制造水平，因此，企業(yè)必須提高從制造水平才能滿足機(jī)器人焊接的生產(chǎn)要求。

　　焊接機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)分析

　　1.機(jī)器人與焊接設(shè)備共同發(fā)展

　　焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)、焊接技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)的融合，焊接機(jī)器人能否在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)越性，取決于這幾方面技術(shù)的共同提高，而系統(tǒng)工程技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)和焊接技術(shù)的粘合劑。以安川電機(jī)的MOTOMAN機(jī)器人為例，過去幾代機(jī)器人的發(fā)展都是圍繞焊接設(shè)備完成多項(xiàng)焊接專用功能的開發(fā)，如焊接參數(shù)的漸變調(diào)節(jié)功能、TIG焊接時(shí)利用擺焊同步技術(shù)進(jìn)行的斷續(xù)填絲焊接功能、弧焊傳感器（電弧跟蹤）功能及焊接實(shí)時(shí)監(jiān)控功能等，都是焊接工藝的需求促使下的開發(fā)。

　　同樣地，焊接設(shè)備制造商為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接，在焊接電源的設(shè)計(jì)上也做了許多改進(jìn)，如、機(jī)器人可檢出焊縫位置使用的高電壓，焊接電源做到了內(nèi)置；與機(jī)器人的通信接口方面，現(xiàn)在許多焊機(jī)制造商都采用了方便快捷的通信接口。

　　2.焊接機(jī)器人在提高生產(chǎn)效率方面的應(yīng)用

　　（1）提高精度，確保高速焊接

　　企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人意味著追求高效率、高焊接質(zhì)量，因此各機(jī)器人廠家都在焊接速度上尋求突破，而機(jī)器人在軌跡控制上的高精度是高速焊接的可靠保證。

　　MOTOMAN機(jī)器人在新一代控制器NX100中，應(yīng)用ARM（AdvancedRobotMotion）控制技術(shù)將各軸的慣性矩、重力矩、機(jī)器人安裝位置等因素納入運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算，大大提高了運(yùn)動(dòng)軌跡的精度。如，在焊接工作站中，我們會遇到各種機(jī)器人安裝形式（如圖1a），在每種安裝方式中，機(jī)器人各軸所受的重力矩各不相同，我們只要在ARM控制中正確地設(shè)置機(jī)器人對地面的角度（如圖1b），就會克服各種安裝方式對軌跡精度造成的不利影響。

　　（2）雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接功能

　　有時(shí)我們會遇到長形工件，焊縫分布在工件的兩端，若采用1臺機(jī)器人進(jìn)行焊接，會出現(xiàn)因兩端不同時(shí)焊接而造成焊接變形不一致，從而使工件在長度方向上扭轉(zhuǎn)變形，焊接后的工件難以符合尺寸要求。針對這種類型的工件，我們常采用2臺機(jī)器人同時(shí)協(xié)調(diào)焊接的方式，這就促生了兩臺機(jī)器人雙機(jī)協(xié)調(diào)焊接技術(shù)。在汽車后橋和消聲器的焊接中，經(jīng)常會使用到該項(xiàng)技術(shù)。

　　在圖2中，2臺機(jī)器人對應(yīng)1個(gè)由機(jī)器人外部軸驅(qū)動(dòng)的變位機(jī)，在變位機(jī)順長擺放的工件上有兩個(gè)鏡像對稱的部件，兩條相似的環(huán)焊縫需要兩臺機(jī)器人在變位機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同步協(xié)調(diào)焊接，通過這種方式可以將焊接生產(chǎn)的效率提高1倍。

　　（3）點(diǎn)焊機(jī)器人的優(yōu)勢

　　如果說弧焊機(jī)器人的使用大大提高了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和焊接效率，點(diǎn)焊機(jī)器人則具有更多的優(yōu)勢，帶來的經(jīng)濟(jì)效益也更加可觀，主要體現(xiàn)在：

　　a.機(jī)器人點(diǎn)焊時(shí)，大多采用鉗體與變壓器一體化方式，變壓器的容量可以減小到1/3～1/4，節(jié)約了能源，并且極大地減輕了操作者繁重的體力勞動(dòng)。

　　b.點(diǎn)焊機(jī)器人有更多的控制方式控制焊鉗壓力和焊接條件的自動(dòng)切換，針對不同打點(diǎn)位置可輕松實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的焊接時(shí)序，大大提高了打點(diǎn)質(zhì)量，避免了焊點(diǎn)漏打、多打及位置不準(zhǔn)確等問題。

　　c.點(diǎn)焊機(jī)器人在打點(diǎn)效率上的優(yōu)勢明顯，可提高效率8~10倍。我們的一個(gè)上海的客戶，設(shè)備臨時(shí)出現(xiàn)故障，由于當(dāng)時(shí)工期緊，他們臨時(shí)采用手工來點(diǎn)焊同樣的工件，結(jié)果4把手工焊鉗在兩個(gè)輪班只能生產(chǎn)40件，而機(jī)器人正常生產(chǎn)時(shí)，在一個(gè)輪班就能完成90件左右。

　　d.點(diǎn)焊機(jī)器人可以使用機(jī)器人的一些獨(dú)有技術(shù)進(jìn)一步對焊接時(shí)序進(jìn)行精確控制，使焊接效率和焊接質(zhì)量進(jìn)一步提高。如，電動(dòng)焊鉗在機(jī)器人上的使用不僅僅是加壓方式的改變，其優(yōu)勢更體現(xiàn)在機(jī)器人對它的行程的控制方面：①可以根據(jù)焊點(diǎn)的位置實(shí)現(xiàn)理想的行程；②焊接過程中可以分段控制焊鉗壓力（如圖3）；③可以控制焊接條件輸出的時(shí)間節(jié)點(diǎn)（如圖3）；④可以運(yùn)用間隙示教功能靈活選擇上電極示教、下電極示教方式，大大縮短了示教時(shí)間。

　　此外，焊接機(jī)器人的實(shí)用功能還有很多，并已經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，為提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量帶來了明顯的效果。同時(shí)，每個(gè)機(jī)器人廠家對各種功能的開發(fā)也各有特點(diǎn)，可以說，在這個(gè)舞臺上，各種各樣的先進(jìn)技術(shù)始終在不斷涌現(xiàn)，異彩紛呈。

　　焊接機(jī)器人生產(chǎn)中的質(zhì)量控制

　　焊接機(jī)器人的先進(jìn)技術(shù)為我們提供了很好的生產(chǎn)工具，但這并不意味著我們一定可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接生產(chǎn)。焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，通過近10年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我覺得以下幾個(gè)方面的工作不容忽視：

　　1.建立并培養(yǎng)一個(gè)具有機(jī)器人技術(shù)素養(yǎng)的隊(duì)伍

　　焊接機(jī)器人工程是機(jī)電一體化技術(shù)的濃縮，其中包含了機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、焊接技術(shù)等。期望一個(gè)企業(yè)培養(yǎng)全面的技術(shù)人才是不現(xiàn)實(shí)的，但是焊接機(jī)器人的應(yīng)用狀況又確實(shí)與這些人的技術(shù)素養(yǎng)相關(guān)。所以，我認(rèn)為機(jī)器人用戶可以建立一個(gè)服務(wù)于機(jī)器人應(yīng)用的隊(duì)伍，在這個(gè)隊(duì)伍中，可以分為機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理、焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試及現(xiàn)場生產(chǎn)操作等幾類人員，各司其職，各負(fù)其責(zé)。

　　（1）機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員主要負(fù)責(zé)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)及管理、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)和利用，以挖掘機(jī)器人的最大工作能力為目的。

　　（2）焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試人員主要負(fù)責(zé)機(jī)器人作業(yè)程序的管理工作，焊接機(jī)器人應(yīng)用的目的是為焊接生產(chǎn)服務(wù)，焊接工藝員對焊接品質(zhì)的把握是機(jī)器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵所在，他的職責(zé)是讓機(jī)器人成為他得心應(yīng)手的工具，把他的焊接思路完整地傳達(dá)給機(jī)器人。

　　（3）現(xiàn)場生產(chǎn)操作人員的主要工作雖然是裝卸工件，但僅有這些是不夠的，還必須要有自己的判斷能力，并且能夠?qū)⒑附訖C(jī)器人工作過程中的表現(xiàn)準(zhǔn)確及時(shí)地反饋給機(jī)器人設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)管理人員，包括焊接工藝和機(jī)器人作業(yè)程序調(diào)試人員，這樣有利于設(shè)備一旦出現(xiàn)故障時(shí)立即做出準(zhǔn)確判斷，制訂故障解決方案，為恢復(fù)生產(chǎn)搶得時(shí)間。

　　2.質(zhì)量控制的管理

　　有了服務(wù)于焊接機(jī)器人的技術(shù)隊(duì)伍，就要在設(shè)備操作規(guī)程上進(jìn)行嚴(yán)格的管理，這樣不僅可以減少機(jī)器人的誤工率，也可以保證焊接質(zhì)量。我們知道，機(jī)器人的作業(yè)特點(diǎn)就是反復(fù)地再現(xiàn)一個(gè)操作流程，如果操作流程沒有出現(xiàn)失誤，即可得到一批同樣高質(zhì)量的產(chǎn)品。反之，如果操作流程中出現(xiàn)了一個(gè)哪怕是很小的失誤，而且沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會得到一批同樣低質(zhì)量的次品，甚至是廢品。

　　上海匯眾公司是我們機(jī)器人的重點(diǎn)用戶，他們在機(jī)器人使用的管理上有很多非常值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。圖4是他們每天在機(jī)器人投入正式生產(chǎn)前的產(chǎn)品質(zhì)量確認(rèn)流程，有了這樣的管理流程，可以最大限度地避免批量廢品的出現(xiàn)。

　　3.質(zhì)量控制設(shè)備的應(yīng)用

　　與焊接機(jī)器人應(yīng)用相配套的質(zhì)量控制設(shè)備也在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　（1）機(jī)器人自身的質(zhì)量控制及焊接管理的功能已經(jīng)非常完善，如，焊接保護(hù)氣流量的監(jiān)控、導(dǎo)電嘴更換時(shí)間間隔的管理等。

　　（2）焊接夾具上，工件的檢測、判斷等傳感器的使用在很大程度上保證了工件安裝定位的準(zhǔn)確性。

　　（3）專用控制設(shè)備的使用更進(jìn)一步加強(qiáng)了焊接過程的質(zhì)量控制。如，弧機(jī)器人焊接過程中的電流電壓監(jiān)控、送絲速度監(jiān)控，點(diǎn)焊機(jī)器人的實(shí)時(shí)打點(diǎn)電流及時(shí)長的監(jiān)控等。

　　焊接機(jī)器人在機(jī)器人的用途中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，盡管近年來在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展，但在世界范圍內(nèi)來看，它的應(yīng)用還處于發(fā)展上升期，我們要做的工作還很多。如何引進(jìn)國外成熟的機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)為我們所用，如何在焊接質(zhì)量控制上與國外接軌，如何培養(yǎng)國內(nèi)的焊接機(jī)器人市場等一系列問題都等待著我們進(jìn)一步努力。