焊接傳感器

焊接機(jī)器人由示教再現(xiàn)型向智能型發(fā)展， 增強(qiáng)其柔性和適應(yīng)性， 傳感器是必不可少的。對于自主焊接來說， 傳感器感知外部環(huán)境的變化通知機(jī)器人，機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)， 以適應(yīng)環(huán)境的變化這一點(diǎn)對于焊接來說尤為重要。在實(shí)際焊接過程中， 焊接條件是經(jīng)常變化的， 如加工和裝配上的誤差會(huì)造成焊縫位置和尺寸的變化， 焊接過程中工件受熱及散熱條件改變會(huì)造成焊道變形和熔透不均。其中，1、2、3軸可將末端工具送到不同的空間位置，而4、5、6軸解決工具姿態(tài)的不同要求。為了克服機(jī)器人焊接過程中各種不確定性因素對焊接質(zhì)量的影響， 需提高機(jī)器人作業(yè)的智能化水平和工作的可靠性， 要求弧焊機(jī)器人系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)空間焊縫的自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤， 而且還能實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的在線檢測、 調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制。目前， 應(yīng)用比較成熟的傳感器主要是焊縫跟蹤傳感器， 主要有電弧跟蹤和激光跟蹤兩大類， 分別如圖所示。

電弧跟蹤傳感優(yōu)點(diǎn)是簡單， 不用附加另外的傳感裝置， 但它只適用于熔化極焊接場合。目前很多商用機(jī)器人已具有電弧跟蹤傳感功能。激光跟蹤傳感由于其優(yōu)越的性能， 已成為有前途、 發(fā)展快的焊接傳感器。由激光二極管發(fā)射的激光束入射到工件表面， 經(jīng)金屬表面反射， 由 CCD 攝像機(jī)接收成像?？梢钥吹?， 當(dāng)工件位置不同時(shí)， 激光光斑成像在 CCD 上的位置是不同的。近年來，我國高速鐵路和高速列車發(fā)展迅猛，獲得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。如果已知激光入射角度， 通過圖像上的光斑位置， 就可以計(jì)算出工件上點(diǎn)的三維信息。除了這種點(diǎn)式激光光源， 目前更多的焊縫激光傳感器采用激光條紋作為光源。加拿大Servorobot 和英國 meta 公司已有商業(yè)化的產(chǎn)品出售。這類專業(yè)的激光焊縫跟蹤傳感器的售價(jià)一般在20 萬元以上， 比機(jī)器人本體還要昂貴。傳感結(jié)果通過數(shù)據(jù)接口傳輸給機(jī)器人控制， 由控制器發(fā)出指令對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

焊接機(jī)器人在高速列車生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

隨著智能制造計(jì)劃的推進(jìn)， 工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)飛速發(fā)展。實(shí)際上， 近年來我國每年新裝機(jī)器人的臺(tái)套數(shù)都在以 50％/ 年的速度在增長。實(shí)際上，近年來我國每年新裝機(jī)器人的臺(tái)套數(shù)都在以50％/年的速度在增長。隨著機(jī)器人售價(jià)的降低和人工成本的增加， 使用機(jī)器人所帶來的經(jīng)濟(jì)效益越來越驅(qū)動(dòng)企業(yè)使用機(jī)器人進(jìn)行焊接。另一方面， 機(jī)器人的性能大幅提高，經(jīng)過了幾十年的積累， 機(jī)器人廠商已經(jīng)能夠針對不同的產(chǎn)品形式提供成套的設(shè)備， 包括機(jī)器人本體、變位機(jī)、 離線編程系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)等， 大大降低了用戶使用機(jī)器人的難度。

在高速列車生產(chǎn)中， 北車集團(tuán)已經(jīng)采用多套機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行鋁合金車體的焊接， 其轉(zhuǎn)向架的焊接已經(jīng)可用焊接機(jī)器人來完成。由于復(fù)雜的形狀和嚴(yán)格的質(zhì)量要求， 轉(zhuǎn)向架是另一種采用弧焊很難焊接的工件。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等對焊接結(jié)果起決定作用。為了獲得規(guī)定的熔透， 焊縫的定位要求非常關(guān)鍵。采用裝有視覺系統(tǒng)的機(jī)器人已用于焊接這些工件， 其中所用的機(jī)器人帶有焊接參數(shù)自適應(yīng)控制的功能。

可以預(yù)見， 在高速列車生產(chǎn)中采用機(jī)器人焊接無疑可以提高產(chǎn)品質(zhì)量， 為實(shí)現(xiàn)智能制造奠定基礎(chǔ)。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)焊接機(jī)器人, 從60年始用于生產(chǎn)以來，其技術(shù)已日益成熟，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，能將焊接質(zhì)量以數(shù)值的形式反映出來；

2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；

3）改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可在有害環(huán)境下工作；

4）降低了對工人操作技術(shù)的要求；

5）縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。

因此，在各行各業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。

激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm為熱傳導(dǎo)焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于10~10 W/cm時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成"孔穴"，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。焊接機(jī)器人在機(jī)器人的用途中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，盡管近年來在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展，但在世界范圍內(nèi)來看，它的應(yīng)用還處于發(fā)展上升期，我們要做的工作還很多。

激光焊接技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來了重大提升，更是家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。