焊接机器人应用汇总.pdf

焊接机器人的现状及发展趋势2 众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富 的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、 烟尘多、热辐射大、 性高的工作。工业机器人的出现使人们自然 而然首先想到用它代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也 可以保证焊接质量和提高焊接效率。 然而，焊接又与其它工业加工过程不一样，比如，电弧焊过程 中，被焊工件由于局部加热熔化和冷却产生变形，焊缝的轨迹会因此 而发生变化。手工焊时有经验的焊工可以根据眼睛所观察到的实际焊 缝位置适时地调整焊枪的位置、姿态和行走的速度，以适应焊缝轨迹 的变化。然而机器人要适应这种变化，必须首先像人一样要“看”到这 种变化，然后采取相应的措施调整焊枪的位置和状态，实现对焊缝的 实时跟踪。由于电弧焊接过程中有强烈弧光、电弧噪音、烟尘、熔滴 过渡不稳定引起的焊丝短路、大电流强磁场等复杂的环境因素的存 在，机器人要检测和识别焊缝所需要的信号特征的提取并不像工业制 造中其它加工过程的检测那么容易，因此，焊接机器人的应用并不是 一开始就用于电弧焊过程的。 实际上，工业机器人在焊接领域的应用最早是从汽车装配生产 线上的电阻点焊开始的。原因在于电阻点焊的过程相对比较简单，控 制方便，且不需要焊缝轨迹跟踪，对机器人的精度和重复精度的控制 要求比较低。图5 所示为不同形式的机器人点焊钳。点焊机器人在汽 车装配生产线上的大量应用 提高了汽车装配焊接的生产率和焊 接质量，同时又具有柔性焊接的特点，即只要改变程序，就可在同一 条生产线上对不同的车型进行装配焊接。 从机器人诞生到本世纪80 年代初，机器人技术经历了一个长期 缓慢的发展过程。到了90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网 络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的 制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制 造成本和价格却不断下降。在西方社会，和机器人价格相反的是，人 的劳动力成本有不断增长的趋势。图6 所示是 欧洲经济委员会 (UNECE)统计的从1990 年至2000 年的机器人价格指数和劳动力成 本指数的变化曲线。图中，把1990 年的机器人价格指数和劳动力成 本指数都作为参考值100，至2000 年，劳动力成本指数为140，增 长了40% ；而机器人在考虑质量因素的情况下价格指数低于20 ，降 低了80%，在不考虑质量因素的情况下，机器人的价格指数约为40， 降低了60% 。这里，不考虑质量因素的机器人价格是指现在的机器 人实际价格与过去相比较；而考虑质量因素是指由于机器人制造工艺 技术水平的提高，机器人的制造质量和性能即使在同等价格的条件下 也要比以前高，因此，如果按过去的机器人同等质量和性能考虑，机 器人的价格指数应该更低。 由此可以看出，在西方 ，由于劳动力成本的提高为企业带 来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应 用带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到 某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利 大，它一方面可 提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产 率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。虽然机 器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比 完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成 本还会 降低。而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器 人变得轻而易举。因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。 根据UNECE 的统计，2001 年全世界有75 万台工业机器人用于工业 制造领域，其中38.9 万在日本、19.8 万在欧盟、9 万在 ，7.3 万 在其余 。至2004 年底全世界在役的工业机器人至少有约100 万。 由于机器人控制速度和精度的提高，尤其是电弧传感器的开发 并在机器人焊接中得到应用，使机器人电弧焊的焊缝轨迹跟踪和控制 问题在一定程度上得到很