焊接機器人的性能要求與系統構成的介紹

焊接機器人最早只在點焊中得到應用,80年初,隨著計算機技術、傳感器技術的發展,弧焊機器人逐漸得到普及,特別是近十幾年來由於世界範圍內經濟的高速發展,市場的激烈競爭使那些用於中、大批量生產的焊接自動化專機已不能適應小規模、多品種的生產模式逐漸被具有柔性的焊接機器人代替,焊接機器人得到了巨大的發展,焊接已成為工業機器人應用最大的領域之一,焊接機器人在汽車、摩托車、工程機械等領域都得到了廣泛的應用。目前世界擁有的80餘萬臺工業機器人中,用於焊接的機器人可達40%以上。

>>>> 機器人焊接時的主要注意事項

1. 必須進行示教作業

  • 在機器人進行自動焊接前,操作人員必須示教機器人焊槍的軌跡和設定焊接條件等。

  • 由於必須示教,所以機器人不面向多品種少量生產的產品焊接。

2. 必須確保工件的精度

  • 機器人沒有眼睛,只能重複相同的動作。

  • 機器人軌跡精度為±0.1mm,以此精度重複相同的動作。

  • 焊接偏差大於焊絲半徑時,有可能焊接不好,所以工件精度應保持在焊絲半徑之內。

3. 焊接條件的設定取決於示教作業人員的技術水平

  • 操作人員進行示教時必須輸入焊接程序,焊槍姿態和角度,電流、電壓、速度等焊接條件。

  • 示教操作人員必須充分掌握焊接知識和焊接技巧。

4. 必須充分注意安全

  • 機器人是一種高速的運動設備,在其進行自動運行時絕對不允許人靠近機器人(必須設置安全護欄)。

  • 操作人員必須接受勞動安全方面的專門教育,否則不準操作。

>>>> 弧焊機器人的性能要求

在弧焊作業中,要求焊槍跟蹤工件焊道運動,並不斷填充金屬形成焊縫,因此運動過程中速度的穩定性和軌道精度是兩項重要的指標。

一般情況下,焊接速度可取5~50mm/s,軌道精度可取±0·2~0·5mm。由於焊槍的姿態對焊縫質量也有一定的影響,因此希望在根蹤焊道的同時,焊槍姿態的可調範圍儘量大,還有其它一些性能要求,如擺動功能、焊接傳感器(起始點檢測、焊縫跟蹤)的接口功能、焊槍防碰功能等。

  1. 焊接規範的設定。起弧、收弧參數。

  2. 擺動功能。擺動頻率、擺幅、擺動類型的設定。

  3. 焊接傳感器。起始點檢測、焊縫跟蹤傳感器的接口功能。

  4. 焊槍防碰功能。當焊槍受到不正常的阻力時,機器人停機,避免操作者和工具受到損壞。

  5. 多層焊功能。應用該功能可以在第一層焊接示教完成後,實現其餘各層的自動編程。

  6. 再引弧功能。引弧失敗後,自動重試。因此消除了焊接異常(引弧失敗)發生時引起的作業中斷,最大限度避免了因此而引起的全線停車。

  7. 焊槍校正功能。焊槍與工件發生碰撞時,可通過簡單操作進行校正。

  8. 粘絲自動解除功能。焊接終了時如果檢測出焊絲粘絲,則自動再通電解除粘絲,因此不必手工剪斷焊絲。

  9. 斷弧再啟動功能。出現斷弧時,機器人會按照指定的搭接量返回重新引弧焊接。因此無須補焊作業。

>>>> 點焊機器人的性能要求

對於點焊機器人運動速度是一個重要指標,要求能夠快速完成小節距的多點定位(例如每0.3-0.4秒移動30-50mm節距後定位);為確保焊接質量,定位精度要求較高(一般為±0·25mm);並具有較大的持重(50~100Kg),以便攜帶內裝變壓器的焊鉗。

>>>> 焊接機器人的主要性能指標

焊接機器人的主要性能指標以日本安川電機公司生產的Motoman-L10為例表示如下:

解讀 | 焊接機器人的性能要求與系統構成的介紹

  • 名稱與型號:Motoman-L10

  • 主要用途:弧焊

  • 類別:示教再現型

  • 座標型式:多關節式

  • 自由度數:5個

  • 抓重:最大10㎏(包括夾鉗)

  • 動作範圍與速度運動參數列表如下:

解讀 | 焊接機器人的性能要求與系統構成的介紹

  • 定位方式:選用增量編碼器作為位置檢測元件

  • 控制方式:重複式數字位置控制方式,可精確控制運動軌跡

  • 重複定位精度:±0.2mm

  • 驅動方式:電伺服 採用交流測速發電機作為伺服電動機的速度檢測元件,實現速度反饋,並引進力矩反饋

  • 驅動源:DC伺服電動機

  • 程序控制和存儲方式:採用8位微處理Intel8080用半導體存儲器作為主存(盒式磁帶補充主存容量之不足)

程序步數:1000步

指令條數:600條

  • 重量:本體400㎏ 控制部分350㎏

  • 外部同步信號:輸入22點 輸出21點

  • 電源:AC220/220V(+10%,-15%),50/60HZ±1HZ, 三相5KVA

>>>> 焊接機器人的系統構成

完整的焊接機器人系統一般有如下幾部分組成:機器人操作機、變位機、控制器、焊接系統(專用焊接電源、焊槍和焊鉗等)、焊接傳感器、中央控制計算機和相應的安全設備等。

根據用途,將工業機器人配置不同的焊接系統,將組成不同的焊接機器人系統。

弧焊機器人

弧焊機器人在通用機械、金屬結構等許多行業中得到廣泛運用。弧焊機器人是包括電弧焊附屬裝置在內的柔性焊接系統,而性能有特殊的要求。在弧焊作業中,焊槍應跟蹤工件的焊道運動,並不斷填充金屬形成焊縫。因此運動過程中的速度穩定性和軌跡精度是兩項重要指標。一般情況下,焊接速度約為5~50㎜/s,軌跡精度約為±(0.2~0.5)㎜。由於焊槍的姿態對焊縫質量有一定的影響,因此希望在跟蹤焊道的同時,焊槍姿態的可調範圍儘量大,其一些基本性能要求如下所示:

  • 設定焊接條件(電流、電壓、速度等);

  • 擺動功能;

  • 坡口填充功能;

  • 焊接異常功能檢測;

  • 焊接傳感器(起始點檢測、焊道跟蹤)的接口功能。

點焊機器人

汽車工業是點焊機器人系統一個典型的應用領域。最初,點焊機器人只用於增強焊作業(往已拼接好的工件上增加焊點),後來為了保證拼接精度,又讓機器人完成定位焊作業性能,具體來說有:

  • 安裝面積小,工作空間大;

  • 快速完成小節距的多點定位(例如每0.3~0.4s移動 30~50㎜節距後定位);

  • 定位精度高(±0.25㎜),以確保焊接質量;

  • 持重大(50~100㎏),以便攜帶內裝變壓器的焊鉗;

  • 內存容量大,示教簡單,節省工時;

點焊速度已生產線相匹配,同時按全可靠性好。

解讀 | 焊接機器人的性能要求與系統構成的介紹

焊接機器人系統原理圖

>>>> 焊接機器人的示教編程

用機器人代替人進行作業時,必須預先對機器人發出指令,規定機器人應該完成的動作和作業的具體內容,這個指示過程稱之為對機器人的示教(teaching),或者稱之為對機器人的編程(programming)。對機器人的示教內容通常存儲在機器人的控制裝置內,通過存儲內容的再現(playback),機器人就能實現人們所要求的動作和要求人們賦予的作業內容。

示教內容主要由兩部分組成,一是機器人運動軌跡的示教,二是機器人作業條件的示教。機器人運動軌跡的示教主要是對為了完成某一作業,焊絲端部所要運動的軌跡,包括運動類型和運動速度的示教。機器人作業條件的示教主要是為了獲得好的焊接質量,對焊接條件進行示教,包括被焊金屬的材質、板厚、對應焊縫形狀的焊槍姿勢、焊接參數、焊接電源的控制方法等。


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