機(jī)器人自動(dòng)焊焊接是通過(guò)加熱熔融（有時(shí)輔以壓力）將兩塊金屬或熱塑材料連接在一起，使兩者之間達(dá)到原子結(jié)合的制造方法，它在工業(yè)生產(chǎn)中具有極其廣泛應(yīng)用，被稱(chēng)為工業(yè)制造的“裁縫”，機(jī)器人自動(dòng)焊廣泛應(yīng)用于汽車(chē)零部件、貨架、家具廠，挖斗、能源動(dòng)力、機(jī)械制造等行業(yè)中。
隨著焊接技術(shù)發(fā)展，機(jī)器人自動(dòng)焊焊接產(chǎn)品中以往存在的諸如毛刺、機(jī)器人自動(dòng)焊夾渣等外觀缺陷越來(lái)越不能為人們所接受，而焊接疏松、氣孔、裂紋等制造缺陷因?yàn)榇嬖跐撛诘陌踩[患也被更多的關(guān)注，解決這些制造問(wèn)題，其根本是防止生產(chǎn)者勞動(dòng)過(guò)程中的操作不當(dāng)。然而由于焊接工人的技術(shù)水平、心態(tài)情緒、機(jī)器人自動(dòng)焊生產(chǎn)責(zé)任等因素均因人而異，在人工操作的基礎(chǔ)上解決上述問(wèn)題的成本極高。另一方面，大量制造企業(yè)操作工人稀缺，焊接作為一種工作環(huán)境惡劣，對(duì)人體損傷大的工種，愿意從事的人很少，嫻熟的焊接工人更加以稀為貴。舉例來(lái)說(shuō)：經(jīng)過(guò)對(duì)大批制造企業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大量80后、90后勞動(dòng)者對(duì)單調(diào)、枯燥、環(huán)境惡劣的焊接工作表現(xiàn)排斥態(tài)度，盡管焊接工作平均薪水高于電子產(chǎn)品制造企業(yè)27%以上——可見(jiàn)薪酬已經(jīng)不是造成焊接工人匱乏的唯一原因。
目前在工廠車(chē)間中由于勞動(dòng)力短缺、人工操作的不穩(wěn)定等原因，機(jī)器人自動(dòng)焊工作站已經(jīng)成為大量制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)之選。從成本角度來(lái)考慮：機(jī)器人自動(dòng)焊是一種對(duì)技術(shù)要求較高的加工方式，目前在工廠一線上勞動(dòng)者工資很容易達(dá)到4000元／月，市場(chǎng)一臺(tái)機(jī)器人自動(dòng)焊均價(jià)咋15萬(wàn)元左右，其勞動(dòng)效率可以頂替三個(gè)工人，如此算下來(lái)人力成本與機(jī)器人自動(dòng)焊使用成本相差無(wú)幾，再考慮到機(jī)器人自動(dòng)焊的使用壽命至少3—5年，成本優(yōu)勢(shì)更顯著。經(jīng)濟(jì)上的可行性由以下兩個(gè)方面構(gòu)成：一是機(jī)器人自動(dòng)焊使用成本的降低與勞動(dòng)者工資的上升形成“此消彼長(zhǎng)”的局勢(shì)，在五年前一臺(tái)機(jī)器人自動(dòng)焊價(jià)格在50萬(wàn)元以上，現(xiàn)在則降到15萬(wàn)元不到；與此同時(shí)，制造業(yè)工人工資每年以10%—20%的速度遞增。第二個(gè)方面是機(jī)器人自動(dòng)焊的持久性遠(yuǎn)優(yōu)于工人，也不會(huì)有人類(lèi)的情緒波動(dòng)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性更高。調(diào)查應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，將機(jī)器人自動(dòng)焊引入汽車(chē)白車(chē)身焊接工藝流程后，車(chē)身焊接優(yōu)良率從87%提升到93%。
上述原因使機(jī)器人自動(dòng)焊工作站取代人工焊接成為主流。研究發(fā)現(xiàn)，目前的機(jī)器人自動(dòng)焊工作站面向的焊接對(duì)象要么是單一焊接參數(shù)，固定焊縫布置，固定型號(hào)任務(wù)的大批量零件；要么是產(chǎn)品任務(wù)經(jīng)常改變，需要針對(duì)不同任務(wù)采取不同的工裝，使用不同的焊接參數(shù)，而且因?yàn)楹缚p布置不同因此機(jī)器人自動(dòng)焊運(yùn)行程序也不同；第三類(lèi)則是焊縫極長(zhǎng)，焊接條件復(fù)雜，需要有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的自動(dòng)焊接流動(dòng)站，典型的如造船業(yè)中的船體焊接。調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前的焊接自動(dòng)化應(yīng)用中，有一種需求被關(guān)注的相對(duì)偏少，即針對(duì)同一產(chǎn)品系列，而在系列產(chǎn)品間某個(gè)方向或某兩個(gè)方向的尺寸有所變化的任務(wù)。這種焊接自動(dòng)化的需求在工裝上不能像固定焊接任務(wù)工作站那樣采用固定工裝模式也不需要像小批量焊接任務(wù)那樣必須采用靈活廣泛適用的焊接工裝，而對(duì)于每個(gè)焊接任務(wù)設(shè)計(jì)專(zhuān)用工作站也是不切實(shí)際的。
機(jī)器人自動(dòng)焊布置方式分為生產(chǎn)線方式和工作站布置方式，具體表現(xiàn)有剛性自動(dòng)化工作單元、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線、柔性制造單元、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，其中剛性自動(dòng)化工作單元處于加工自動(dòng)化的底層，針對(duì)加工任務(wù)更換時(shí)需要大量調(diào)整工作，而且加工質(zhì)量也很難保證。剛性機(jī)器人自動(dòng)焊生產(chǎn)線主要面向少品種大批量產(chǎn)品生產(chǎn)，投資較大，調(diào)整周期也很長(zhǎng)。柔性焊接制造單元是以自動(dòng)化焊接執(zhí)行裝置如焊接機(jī)器人為工作核心，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制、采用工件柔性裝夾技術(shù)的焊接制造系統(tǒng)。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線一般由多個(gè)柔性焊接制造單元構(gòu)成加工節(jié)點(diǎn)，由自動(dòng)化物料流通存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化，多級(jí)計(jì)算機(jī)組成控制及管理系統(tǒng)。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的加工質(zhì)量可靠、效率高、容易與ERP系統(tǒng)及工藝管理系統(tǒng)組成上級(jí)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，但是該種生產(chǎn)線投資額度較大。
自動(dòng)化焊接工作站屬于柔性制造單元的一種，自動(dòng)化程度雖然略低于柔性焊接生產(chǎn)線，但是投資卻少得多，而經(jīng)濟(jì)效益接近因此在生產(chǎn)中應(yīng)用也很廣泛。
機(jī)器人自動(dòng)焊工作站一般由機(jī)械、電氣、焊接三大部分模塊組成，是綜合利用現(xiàn)代機(jī)器人自動(dòng)焊技術(shù)、柔性工裝技術(shù)、智能焊接電源技術(shù)、傳感技術(shù)，用于高效高質(zhì)自動(dòng)完成焊接操作的機(jī)電液氣一體化產(chǎn)品。隨著人口紅利逐年降低，我國(guó)制造業(yè)面臨升級(jí)轉(zhuǎn)型的艱巨課題，自動(dòng)化技術(shù)受到越來(lái)越多的重視，在這樣的背景下，焊接自動(dòng)化工作站受到以汽車(chē)制造企業(yè)為代表的廣大企業(yè)的歡迎。一個(gè)典型的焊接工作站一般具有以下幾個(gè)基本的模塊：
工裝夾具，包括焊接工裝平臺(tái)、定位裝夾工具、感知裝夾情況的傳感系統(tǒng)。將待焊部件依照工藝需求定位裝配夾緊，并通知執(zhí)行部分準(zhǔn)備就緒。
焊接操作，該部分主要為工業(yè)機(jī)器人，起到的作用是攜持焊槍形成焊接軌跡。除機(jī)器人自動(dòng)焊外焊槍、焊機(jī)、繞片機(jī)及送片機(jī)也是焊接操作完成必不可少的設(shè)備。
變位機(jī)或外部軸，在焊縫分布比較復(fù)雜或者工件體量較大情形下，工作站會(huì)配有焊接變位機(jī)配合焊接操作機(jī)器人動(dòng)作或者機(jī)器人移載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多工位轉(zhuǎn)換。
工作站控制系統(tǒng)，主要包括焊接參數(shù)控制模塊、機(jī)器人控制器模塊、實(shí)現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換的機(jī)器人自動(dòng)焊移載模塊或外部軸控制器、傳遞信號(hào)和加工信息的傳感器、電磁閥系統(tǒng)以及工作站整體協(xié)調(diào)控制模塊等等
安全防護(hù)系統(tǒng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊渣、飛濺等現(xiàn)象，不僅會(huì)造成氣缸或者定位元件的損傷還有可能對(duì)操作人員產(chǎn)生傷害，因此近年受到越來(lái)越多的重視。傳統(tǒng)防護(hù)裝置一般是防護(hù)圍欄或氧化鈷有機(jī)玻璃罩，但是這些裝置降低了焊接過(guò)程的可視性。近期一種采用紅外傳感器技術(shù)的光柵防護(hù)欄可以通過(guò)安全光幕檢測(cè)工作過(guò)程中的異物進(jìn)入，不過(guò)成本昂貴。
機(jī)器人自動(dòng)焊工作站始終是焊接領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人自動(dòng)焊技術(shù)也在飛速發(fā)展。幾乎在所有焊接領(lǐng)域都能看到它的應(yīng)用，機(jī)器人自動(dòng)焊使焊接效率得到了很大提高，焊接產(chǎn)品的質(zhì)量有了堅(jiān)實(shí)的保證，已經(jīng)逐步取代人工焊接乃至終實(shí)現(xiàn)全焊接流程的操作無(wú)人化。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外焊接行業(yè)對(duì)于自動(dòng)化焊接工作站的研究主要集中在柔性焊接工裝、工作站先進(jìn)控制、工作站先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)器人自動(dòng)焊軌跡規(guī)劃、焊縫識(shí)別與跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)。
|
