電弧焊接工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)化技術(shù)

★描述  

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

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

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

　　☆自動(dòng)焊接:該焊接的所有參數(shù)都受到控制?？梢栽诤附硬僮髦g進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，但不能在焊接時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　☆機(jī)器人焊接：是使用機(jī)器人的自動(dòng)焊接，可預(yù)先對(duì)機(jī)器人定制不同的焊接路徑和幾何構(gòu)造。

★當(dāng)前狀態(tài)

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

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

　　程序最初是通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地操作機(jī)器人產(chǎn)生的，當(dāng)機(jī)器人通過指定的路徑時(shí)，依次記錄下各點(diǎn)的情況（教與學(xué)）。這種方法要求“在線”使用制造機(jī)器人。計(jì)算機(jī)模擬工具已逐漸用于編寫程序，當(dāng)有需要時(shí)，就將“離線”（未連接的）程序下載到機(jī)器人中。關(guān)于離線編程的介紹，請(qǐng)參見《離線工業(yè)機(jī)器人編程介紹》。

　　通?；诩す鈼l或掃描點(diǎn)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(qǐng)參見《接頭技術(shù)的研究結(jié)論、發(fā)展情況和適用于獨(dú)立機(jī)器人制造的電弧焊接過程》。

　　通常機(jī)器人設(shè)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(chǎng)生產(chǎn)象船這類的大型制造物時(shí)，可將便攜式機(jī)器人安置在需要焊接的位置，請(qǐng)參見《便攜式焊接機(jī)器人—— 一種工業(yè)勘測(cè)》。

　　在最近的項(xiàng)目中，TWI與歐洲伙伴共同研發(fā)了一種獨(dú)立機(jī)器人，該機(jī)器人在零部件附近工作，請(qǐng)參見下文中的《NOMAD項(xiàng)目》和《機(jī)器人制造》。

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

★利益　

    機(jī)械化/自動(dòng)化系統(tǒng)的成功應(yīng)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(yù)測(cè)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(yīng)用的缺陷是：要比手工焊接設(shè)備投入更多的資本，需要提供更精確的零部件位置并對(duì)其定向，并且需要更先進(jìn)的電弧運(yùn)動(dòng)和控制設(shè)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(shè)備和安裝的成本，維護(hù)機(jī)器人設(shè)備以及培訓(xùn)操作員和程序員，請(qǐng)參見《機(jī)器人在鋼材棱角切割方面有用武之地嗎？》。

　　影響自動(dòng)化使用范圍的幾個(gè)因素是：

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

　　●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(dòng)化生產(chǎn)最重要的優(yōu)點(diǎn)。

　　●人力——自動(dòng)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(jià)的、技術(shù)不熟練的勞動(dòng)力進(jìn)行工作。但必須對(duì)這些人員進(jìn)行教學(xué)和培訓(xùn)，以使自動(dòng)化系統(tǒng)得到最充分的利用。

　　●投資——必須弄清使用自動(dòng)化系統(tǒng)所節(jié)約的資金和花費(fèi)的成本，包括可用的和已花費(fèi)的資本。請(qǐng)參見《機(jī)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(yàn)。TWI通過以下方法在制造業(yè)中推廣機(jī)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(duì)于在選擇和安裝機(jī)器人方面的指導(dǎo)，請(qǐng)參見《關(guān)于機(jī)器人焊接工作間的思考——指導(dǎo)文獻(xiàn)》。書中包括了如下的咨詢和研發(fā)工作：

    ●機(jī)器人MIG/MAG焊

    ●機(jī)器人TIG焊

    ●接頭研究結(jié)論和焊縫跟蹤

    ●具有適應(yīng)性的控制

    ●靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)

    ●處理和機(jī)器人模擬

    ●離線編程

    ●遙控焊接

★資源

    ●MIG/MAG電弧焊接機(jī)器人

    ●TIG焊接機(jī)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(xiàng)目。NOMAD項(xiàng)目研發(fā)了一種自動(dòng)、靈活的機(jī)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(dòng)處理計(jì)劃和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用模擬制造技術(shù)；

　　●在高精度定位6軸機(jī)器人手臂中使用自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人；

　　●設(shè)計(jì)并制造了用于工業(yè)生產(chǎn)的堅(jiān)固的機(jī)器人運(yùn)輸車，該車具有完成焊接任務(wù)所需的特性；

　　●特別研發(fā)了焊接消費(fèi)品，設(shè)計(jì)了焊接過程和感應(yīng)器系統(tǒng)，用于完成控制和靈活度都與當(dāng)前系統(tǒng)不匹配的“全位置”機(jī)器人焊接。