浅谈焊接机器人在汽车制造业中的技术应用及发展态势

来源:用户上传      作者: 崔时军

　　摘 要：本文首先对焊接机器人在工业中的应用情况作了简要的介绍，重点论述了激光焊接机器人焊接技术应用，最后研讨了焊接机器人的发展趋势
　　关键词：弧焊机器人；激光焊接；双丝高速焊；焊缝跟踪
　　中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01
　　一、焊接机器人国内外应用现状
　　我国在20世纪70年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的研究与发展，在技术和应用方面都取得了长足的发展，对国民经济以及提高生产率及质量起到了积极的推动作用。据不完全统计，最近几年我国工业机器人出现了爆炸式增长，平均每年的增长率都超过40%，在弧焊和点焊领域的增长率都超过了60%。在2005年顶峰过后，2006年世界市场下降11%，数量在112209台。不过，在三大工业区，欧洲，美洲，亚洲的发展差异很大。亚洲和美洲的销量于2006年急剧下降。欧洲却收回了之前的失地，2006年销往汽车行业的数量同比下降17%，机器人销往金属制品，化工及食品行业的销量大幅度上升。2006年超过61700台机器人销售到亚洲地区，比2005年减少了19%。中国是亚洲第三大机器人市场，新装5800台机器人，比2005年增加了29%。汽车工业仍是工业机器人的主要用户，但橡胶，塑料和电子工业同样获取利润。在美洲，机器人投资下降了18%，大约17900台。尽管机器人销售到化工工业，包括橡胶和塑料工业，增加显著，这部分增加不足以弥补汽车行业急剧下降的部分。销往欧洲的工业机器人增加了11%，31500台。总的累计年销售量，自从1960年底工业机器人被引入工业领域后，截至2006年底数量已超过1750000台。许多早期的机器人，已经被淘汰，实际投入使用的工业机器人的库存因此降低。工业机器人的全世界的市场计划从2006年的112200台增加到2007年的123100台。从2008年开始，将以每年4.2%的速度增加到2010年的139300台。在2007年，世界范围的工业机器人的供应量将增加10%，汽车工业的投资也将比2006年增长很多。欧洲，增加的需求已显露出来，特别是在中欧，东欧，意大利，瑞典和德国。北美，汽车工业的竞争将导致机器人购买的增加。亚洲汽车厂商增加了大量投资在海外及国内市场，中国的需求也将适度增长。
　　二、激光焊接技术
　　激光焊接是指用激光作为焊接热源的焊接方法。激光焊接的特点是能量高度集中，温度可达几万度，熔化和冷却都很快，不用气体保护，适用于难熔金属和非金属焊接。它不受磁场的影响，不需要真空条件，可透过透明窗孔进行焊接。汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处，目前已经被许多大汽车制造商和配件供应商所采用。激光焊接主要用于车身框架结构的焊接。激光焊接技术是上海大众多次提到的汽车车身制造技术。上海大众之所以将激光焊接技术作为产品的卖点之一，是因为激光焊接与传统的点焊相比可以大幅提高车身刚度，令车身整体结构更加坚固。从制造商方面考虑，传统的点焊需要将焊接的两块部件互相搭接，无形中增加了钢材的消耗量。激光焊接的其它好处是可以减少材料用量、提高尺寸精度与降低成本等（以往认为的激光焊接会增加成本的观点是比较片面的）。焊接系统由主控PLC、激光焊接机器人、焊接工装夹具、激光发生器、循环水冷却器和送丝机构等组成，其中主控PLC负责与激光焊接机器人、工装夹具之间的通信及协调配合及整个系统的安全保护，机器人则主控激光发生器、循环水冷却器、送丝机构之间的通信、协同工作。
　　三、焊接机器人技术的发展趋势
　　（一）多传感器信息智能融和技术近年来，随着机器人系统中使用的传感器种类和数量越来越多，各种新型传感器不断出现。例如，超声波触觉传感器、静电电容式距离传感器、基于光纤陀螺惯性测量的三维运动传感器，以及具有焊接工件检测、识别和定位功能的视觉系统等。
　　（二）虚拟现实技术。虚拟现实技术是一种对事件的现实性从时间和空间上进行分解后重新组合的技术。这一技术包括三维计算机图形学技术、多功能传感器的交互接口技术以及高清晰度的显示技术。
　　（三）多智能焊接机器人系统。多智能机器人系统是近年来开始探索的又一项智能技术，它是在单体智能机器发展到需要协调作业的条件下产生的。
　　（四）焊接机器人控制系统。机器人控制系统将重点研究开放式、模块化控制系统。计算机语言、图形编程与人的交流界面更加友好。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。
　　四、总结与展望
　　（1）随着科技的发展，工业机器人的性能更完善、价格会更低，其应用将越普遍，神秘感消失。
　　（2）在我国从制造大国向制造强国转变的过程中，工业机器人的需求将快速增加，机器人数量将成为衡量一个国家、一个企业加工能力的一个标志。
　　（3）未来的工业机器人将集成更多的功能，具有感知环境变化的适应能力，智能水平大幅提高。
　　（4）随着我国核工业、航天技术等的发展，以机器人为核心的遥控焊接成为新的研究热点。
　　参考文献：
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