焊接机器人在汽车零部件生产中的应用

胡博 杨晓棠 王振涛

沈阳来金汽车零部件有限公司

焊接机器人在汽车零部件生产中的应用

胡博 杨晓棠 王振涛

沈阳来金汽车零部件有限公司

在我国汽车行业中，焊接机器人应用十分广泛，其中点焊、弧焊接机器人所占比例较大，在汽车零部件行业主要采用弧焊机器人，这里对弧焊机器人的柔性化应用做以介绍和分析。

焊接机器人 汽车零部件 生产

随着时代的不断进步，汽车应用焊接机器人代替人工焊接具有社会发展的必然性，同时，机器人焊接技术在汽车工业中的应用也代表了焊接工艺的一个新的发展方向。中国汽车工业使用机器人焊接系统时间不长,应用面还不广,还有待于在实践中积累更多经验，所以本作者在此针对焊接机器人在汽车零部件生产中的应用进行了专门的探讨，就是为了让更多同行们参与到探讨当中，对汽车制造行业的焊接机器人应用多分析，多研究，进而达到集思广益的效果，从而有效推动我国汽车行业焊接机器人的应用，促进汽车行业的蓬勃发展。

一、焊接机器人类型分析

在汽车焊接生产线中，常用的机器人类型有专用直角坐标形式的机器人和六自由度机器人。专用直角坐标式机器人有RH、RL、RS三种，它们具有三个自由度，并且可以组合成各种不同功用和性能的焊接结构，RH型的机器人通常直接固定在底板上，对车身的侧面进行焊接；RL型机器人是指具有底面焊接功能的机器人，可以进行传送，主要完成车身底部的焊接任务；RS型焊接机器人是具有顶面移动功能，主要在生产线的顶部，对汽车的上部和内部进行焊接。六自由度机器人是具有较高自由度的高级机器人，有六个控制轴，每个轴都具有180°到360°的旋转角度，操作空间可以实现周向360°，三米多高，不仅具有很大的工作范围，还可以通过伺服电机控制六个轴的运动，实现点焊或弧焊的精确控制，理论上讲，六自由度机器人可以实现全方位的焊接，可以实现对各种车型的前、后、左、右，甚至内部进行焊接，所以六自由度机器人是柔性最高的焊接设备。另外，六自由度机器人具有高精度定位（最高达0.01mm），重复定位准度高，焊接效率高，结构紧凑灵活的优点，目前在汽车焊接生产线上应用非常广泛。

二、焊接机器人主要技术

1.焊缝跟踪技术。焊缝跟踪技术就是在焊接过程中，根据环境因素的影响，调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。焊缝跟踪技术的研究以传感器技术与控制理论方法为主，随着近代模糊数学和神经网络的出现及在焊缝跟踪技术中的应用，焊缝跟踪技术已经进入到了一个全新的时代——智能跟踪的时代。国内外很多研究机构都对焊缝跟踪技术进行了系统的研究，研究和设计出了很多种较为成熟的焊缝跟踪系统。

2.离线编程与路径规划技术。离线编程与路径规划技术能够利用规划算法，设置机器人程序，根据焊接参数、焊接路径和轨迹完成焊接任务，其特点是智能化程度高、编程质量和效率高，缺点是还不能实现全自动编程。有些工作环节单台焊接机器人完成较为困难，不能充分发挥其作用，这个时候就需要采用多机器人协调控制技术。该技术必须由若干个机器人的合作与协调来成。多机器人协调控制技术涉及面很广，包括多智能体的群体体系结构、群体行为控制等等，所有机器人在统一的控制下做相应的协调运动。随着工业生产系统向大型、复杂、动态和开放的方向发展，工业多机器人协调控制技术将成为研究的热点。

3.遥控焊接技术。遥控焊接技术是指焊接机器人在一些危险、恶劣及特殊的环境中工作，而人在离开现场的安全环境中对焊接机器人的操作进行远程监视和控制，从而完成完整的焊接工作，它融合了多学科的知识。在如核辐射区域设备维修、深水、有毒、空间站等环境中应用较为广泛。遥控焊接技术可以说是目前最高意义上的焊接自动化、智能化。国外对遥控技术的研究成果较多，国内哈尔滨工业大学也正在进行这方面的研究。目前对焊缝识别和引导主要是通过基于视觉的方法对焊接区图像进行采集，将采集到的信号传送到图像处理器进行处理，通过运算得出具体数值，精确引导焊接机器人对焊缝进行焊接。焊接机器人普遍采用气体保护焊方法，其他还有钨极氩气保护焊，等离子弧焊、切割及机器人激光焊等等。但是应用范围最广的还是高速、高效气体保护焊接工艺。

三、机器人在汽车车身焊接生产线中的应用

工件焊接是目前工业机器人应用最广的领域。由于汽车制造业对许多构件的焊接精度和速度等指标提出越来越高的要求，一般焊接工人已难以胜任这一工作。此外，焊接时会随之产生火花及烟雾等，对人体造成危害，近年来焊接过程的完全自动化已成为重要的研究课题。其中，最为重要的就是要应用焊接机器人替代人工焊接。现代工业生产工艺中，各种焊接工艺和过程都可以使用工业机器人来执行，以取代焊接工人的工作。机器人在点焊和弧焊的应用最为广泛，在其他一些工艺焊接过程中的应用还处在起步或摸索的阶段。在汽车生产制造领域，机器人除了在焊接工艺过程中有主要应用之外，还在工件夹持定位中有着广泛的应用。在实现汽车车身焊接生产的焊装车间中，要实现车身工件高质量的焊接，就要求必须对焊接过程进行准确的控制。一方面要求焊接机器人对焊钳的姿态和运动轨迹进行准确控制，另一方面要求各种夹具对待焊接工件进行夹持定位。夹具种类很多，大部分的专用夹具只能用来实现非移动工件的定位，不能实现移动工件的定位，为此需要采用夹持机器人才能实现。为了保证车身的整体焊接质量，在车身焊接的过程中或整个焊接工作完成之后，工人需要对车身上的一些重要部位的焊缝进行检查，又称焊缝检测。焊缝位置的多样性和形状的复杂性给检测工作提出了很高的要求。在自动化程度很高的焊装生产线上，可以使用动作灵活的机器人代替工人携带专用的检测装置进行焊缝检测，一般的机械装置就很难像机器人那样执行这一任务。随着汽车行业的迅速发展，建立通过少量投资和少量改造就能对汽车进行更新换代的焊接生产线是势在必行的，而在焊接生产线上大量采用机器人是提高汽车焊接生产线柔性的关键所在。

我国目前正处于汽车类型和数量急剧增长的时期，积极推广焊接机器人的应用，对我国汽车的迅速发展具有非常重要的意义。

[1]王维.焊接机器人在汽车焊装领域中的应用[J].汽车零部件，2016.

[2]占涛.多功能职能机器人系统在汽车零部件焊接线上的应用[J].金属加工，2015.