基于汽车制造的焊接机器人应用优化

基于汽车制造的焊接机器人应用优化

赵光

湖南省工业技师学院 湖南省 岳阳市 414000

摘要：焊接机器人在汽车制造领域的应用，具有高质量、生产稳定、快捷安全的优势，因此焊接机器人的作用极大。具体到实际工作中，焊接机器人主要是在焊接生产领域，替代部分焊接工人完成焊接任务的工业机器人。同时，在计算机控制技术、网络控制技术以及人工智能技术发展的基础上，焊接机器人也逐渐朝着以智能化方向发展。本文笔者就汽车制造专业领域的要求为基点，对基于汽车制造的焊接机器人应用优化进行初步的分析与探讨。

关键词：汽车制造；焊接机器人；应用优化

一、序言

社会实践调查表明，焊接机器人的重要性为我国工业和生产业的发展带带了无限动力。据相关资料统计，全世界在役的工业机器人中有将近一半的工业机器人都被用于焊接领域中，在很大程度上提高了生产效率，并节约了工业生产的成本。在实际的焊接工作中，焊接机器人的应用，主要是进行焊点与电弧两种形式。通常情况下，所谓的焊接机器人大多数都是指在焊接生产领域汇中替代焊工从事焊接任务的工业机器人。

焊接机器人具有精度高、安全性高的特点，尤其是对于汽车制造性的焊接技术而言，焊接机器人的特点通常表现为本体操作机、点焊钳、点焊控制等，对于焊接工艺而言具有很强的稳定效果。一台设计合理的焊接机器人，可以在工作时间内完成包括焊接在内的搬运、安装、焊接以及卸料等多个环节的工作任务。在此工作的环节中，焊接机器人根据事先设定的工作程序以及任务性质，能够达到自动更换手腕工具，在规定的有效时间内完成设定的所有工作任务。因此，焊接机器人的发展，对于工业生产的发展，具有极大促进作用。

二、焊接机器人概述

1.焊接机器人类型

焊接机器人作为工业机器人的一种，其编程程序主要包括运动轨迹、作业条件和作业顺序等。焊接机器人工作的主要特点包括：缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；改善工人劳作条件，摆脱有毒、有害、极端环境；提高劳动生产率，一天可24小时连续生产；降低对工人操作技术的要求；稳定和提高焊接质量，保证其均匀性；为焊接柔性生产线提供技术基础。

世界各国生产的焊接用机器人基本上都属于关节型机器人，绝大部分有6个轴，目前焊接机器人应用中比较普遍的主要分为三种：点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人三种。其中点焊机器人主要用于点焊自动作业的工业机器人，其末端的作业工具是焊钳。在实际应用中从事汽车装配生产线的主要是电阻点焊开始的。弧焊机器人是用于弧焊（主要有熔化极气体保护焊和非熔化极气体保护焊）自动作业的工业机器人，其末端持握的工具是焊枪。激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具是激光加工头。具有最小的热输入量，产生极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，降低了后续工作量的时间。

2.焊接机器人优缺点

点焊机器人：点焊机器人逐渐被要求有更全的作业性能，点焊用机器人不仅要有足够的负载能，力，而且在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间，提高工作效率。点焊速度与生产线速度相匹配，同时安全可靠性好。

弧焊机器人：为适应弧焊作业，对弧焊机器人的性能有着特殊的要求。除在运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。其他性能如下：能够通过示教器设定焊接条件(电流、电压、速度等；摆动功能，坡口填充功能；焊接异常功能检测；焊接传感器(焊接起始点检测、焊缝跟踪的接口功能。

激光焊接机器人：激光焊接成为一种成熟的、无接触的焊接方式已经多年，极高的能量密度使得高速加工和低热输入量成为可能。与机器人电弧焊相比，机器人激光焊的焊缝跟踪精度要求更高。基本性能要求如下：高精度轨迹（≤0.1 mm）；持重大（30~50kg ），以便携带激光加工头；可与激光器进行高速通信；机械臂刚性好，工作范围大；具备良好的振动抑制和控制修正功能。

三、汽车制造中焊接机器人的应用优化

1.多车型生产优化

在焊接机器人的应用过程中，焊缝跟踪技术的应用相普通，焊接机器人在进行焊接作业操作过程汇总，由于焊缝的过程可能会受到强弧光辐射、烟尘、飞溅、加工误差、夹具精度、工件热变形等因素的影响，必须特别注意这些因素的控制，避免出现焊炬偏离焊缝，导致焊接质量出现问题，焊缝跟踪技术的存在，在一定程度上可以结合焊接条件的变化，实时监测出焊缝的偏差，并及时调整焊接路径和焊接参数，有效的避免焊接过程中出现的质量问题。

在实际工作过程中，多机器人协调控制技术主要是指为了完成某一项工作任务选行组织数量若干的机器人通过合作与协调组合成的一体系统，多机器人协调控制技术在应用的过程中，主要是多焊接机器人系统安排某项任务之前，需要考虑如何根据实际的操作任务组织焊接机器人进行有效的工作。当确定工作机制以后，就需要结合实际工作，考虑如何保持焊接机器人运动协调的一致性问题了。

2.车身拼焊优化

电镜扫描的焊接方式结合了轮廓焊接和同步焊接两种方式。相对于轮廓焊接，扫描焊接的聚焦激光束沿焊缝移动的速度更快。这种方式可以同时加热融化整个焊缝，从而对焊缝的加热更加均匀，还可以补偿焊接工件的几何尺寸误差。此外，这种焊接方式产生的飞溅也少。 这种工艺的循环时间比轮廓焊接短的多，由于电镜扫描范围的限制，零件尺寸不能超过230x230mm，但可以通过采用多个电镜的方法来实现较大零件的焊接。扫描焊接不能进行复杂的三维焊接，它适合焊接时间短、小型零件的焊接或为了质量控制需要监控焊接轨迹的焊接。

3.减震器焊接优化

轮廓焊接是指需要焊接的零件和激光束按照制定好的路线进行相对移动而完成的焊接，相对移动通过旋转轴、线性轴或者机器人来完成，随着路径的前进焊接材料依次融合从而完成焊接。这种方式的焊接，焊缝宽度范围从产生零点几到几毫米，取决于激光模式和聚焦系统。这种工艺柔性大，可以进行复杂的，三维的轮廓焊接。焊接零件的尺寸只是受限于用来固定焊接零件的夹具，这样就能实现大型零件的焊接。

4.车身焊装优化

实际作业时，需根据作业位置和板厚调整焊枪角度。以平（角）焊为例，主要采用前倾角焊（前进焊）和后倾角焊（后退焊）两种方式。

前倾角焊接时，焊枪指向待焊部位，焊枪在焊丝后面移动，因电弧具有预热效果，焊接速度较快，熔深浅、焊道宽，所以一般薄板的焊接采用此法；而后倾角焊接时，焊枪指向已完成的焊缝，焊枪在焊丝前面移动，能够获得较大的熔深、焊道窄，通常用于厚板的焊接。同时，在板对板的连接之中，焊枪与坡口垂直。对于对称的平角焊而言，焊枪要与拐角成45°角。

四、总结

焊接机器人在汽车制造也得应用及其广泛，焊接质量直接关系到汽车制造业的工作效率与工作质量，因此研究基于汽车制造业的焊接机器人优化措施具有重要意义。笔者认为基于汽车制造业的焊接机器人优化措施必须要按照汽车制造业的要求来创新，在实际的工作中要认识到点焊机器人、弧焊机器人和激光焊接机器人三种机器人的优缺点，要不断的通过感触手段来强化焊接机器人的工作效率，无论是程序的写入还是自动化技术的应用，我们都要依据汽车制造业的发展不断的进行优化，从而为我国工业经济提供强劲动力。

参考文献：

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[3]朱凌子. 基于设计结构矩阵的汽车焊接车间布局设计[D].重庆大学,2018.