焊接机器人的最新技术开发介绍

焊接机器人的最新技术开发介绍

自从20世纪60年代初,人类创造了第一台工业机器人以后,工业机器人就显示出它极大的生命力,在短短40多年的时间中,工业机器人技术得到了迅速的发展,工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中,焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。本文以下重点介绍焊接机器人。

本文介绍了基于PC的机器人控制箱AXC、最新的动作控制方法、最新的激光传感器、最适合弧焊的机器人、最适合点焊的机器人等技术内容,一览焊接机器人的最新动态。

技术一：基于PC的机器人控制箱AXC

OTC公司的AXC机器人控制箱是基于PC开发的,其特点是:功能更多,操作更加便利,保养更加高效。

AXC控制箱的软件构成

自从发明了Windows操作系统,计算机才逐渐向一般家庭普及。这是因为Windows拥有超群的操作性能。但是,Windows是办公用的OS,并不具备像机器人控制所需要的那种高度实时性。例如在连接因特网时,有时屏幕画面会有短暂的等待,如果在机器人上发生这样的情况,即使是一瞬间的停止也会造成焊接无法进行。为此,OTC公司在Windows系统中加入具有实时控制功能的OS,并在此基础上进行了机器人控制软件的开发,最终实现在AXC控制箱上可以进行所有的控制管理功能。

以往采用Windows系统的机器人控制箱,其构成基本都是如1(a)所示,虽然发挥了Windows的操作性能,但是在实际应用中其适应能力没有变化。与之不同,AXC控制箱则拥有如1(b)所示的构成,实现了完全的PC化。2显示了其软件的构成。

基于PC上的操作性

AXC控制系统中,示教盒只用来键操作及信息显示。其特点是操作性能非常良好,具有与计算机一样的彩色画面显示。

保养工作的高效化

使用AXC的保养辅助工具功能,能使原来困难的保养修理工作变得简单。当机器人发生故障时,保养辅助工具不只是显示故障代码,还能够以的形式显示故障位置,从而缩短故障修复的时间。另外,零件更换的顺序也能够以实物照片的形式显示和说明,不需要操作人员一手拿着使用说明书,一手进行作业。[page]软PLC功能的强化[/page]

软PLC功能的强化

AXC控制箱中藏有市场上销售的高性能软PLC功能（见3）,它支持国际标准语言IEC1131-3,在示教盒上面可以进行梯形的编辑。另外,如果使用市场上销售的编程工具,在PC的平台上就可以进行离线编程。使用AXC控制箱内藏的软PLC功能就可以控制周边设备,不需要另外准备夹具控制箱。

技术二：可控制姿态的激光传感器

早在20年前,人们就开始利用激光传感器检出坡口断面,从而实现跟踪功能。目前,激光传感器（见4）的检出性能、可靠性和耐久性得到了大幅度的改善,从而使其能够应用于各种场合。另外,不仅是进行跟踪,它还附加了一些其他功能。在此对其中的一些主要功能作一下介绍。

基本原理

如5所示，将激光照在工件上,然后接受反射光,通过三角测距的原理测量出到工件的距离。但是这只是测量了1个点的距离。实际应用时则通过操作内部的扫描镜,使激光传感器在工件坡口方向摆动,通过测量到坡口位置的距离,从而得出端面形状。

6D跟踪

传统的激光传感器采用的是2D跟踪控制的方法,在焊缝跟踪过程中无法实现焊枪姿态的变更。如果使用激光传感器的6D跟踪功能,则不仅可以实现焊缝的跟踪,还可以实现焊枪角度的自动调整。

6D跟踪的原理是:机器人控制器管理着机器人底座坐标原点到焊枪坐标系之间的位置姿势bTt,而激光传感器则测量从传感器坐标系看的工件坡口的位置姿势cTs。在这里,对工具坐标系来说,由于激光传感器坐标系是固定不动的,tTc是已知的固定值,所以利用高速通信技术可以同时求出bTt与cTs。从机器人底座坐标看的坡口位置姿势bTs就可以从以下公式中求得:

bTs=bTt•tTc•cTs

此作为检出轨迹,只要焊枪按此轨迹移动的话,就可以实现沿着坡口的位置姿态自动跟踪。

适应性控制

激光传感器测量坡口的端面形状,可以检出搭接接头的间隙。根据检出的间隙量自动调整焊接条件的功能就是所谓的适应性控制。OTC公司的激光传感器根据检出的间隙量可以自动调整焊接速度、焊接条件、摆弧条件、焊丝对准位置、焊枪姿态等。

焊接结束后,再次使用激光传感器对焊缝进行测量可以检出焊缝的形状;通过像处理计算出焊脚长度、咬边尺寸,将测量出来的值与标准值进行比较,判断焊件是否合格;还可以将此结果输出到外部设备。OTC公司的激光传感器可以进行自动跟踪、适应性控制、焊缝检查,从而保证了焊接质量。[page]技术三：最适合弧焊的机器人[/page]

技术三：最适合弧焊的机器人

AX-V4AP电缆内藏机器人是作为最适合弧焊的机器人而被开发的。由于同轴电缆内藏在机器人本体中,避免了与工件及夹具的干涉。传统机器人（如6所示）的同轴电缆暴露在外,且弯曲程度大,经常会与工件发生干涉。如果使用AX-V4AP机器人则可以非常顺利地接近工件。

另外,由于使用离线编程时同轴电缆的模拟非常困难,所以在做模拟时就无法进行这一部分的干涉确认,只能通过实际动作进行确认。如果使用AX-V4AP机器人则没有上述同轴电缆的问题,从而更加方便地使用离线编程软件进行模拟。

机器人RS功能（见表1）

在使用机器人的自动化焊接生产线上,经常会发生临时停止的问题,而引起这个问题的最主要原因是起弧不良。为减少起弧不良发生率,在AX-V4AP机器人上新开发了机器人RS功能。其实OTC公司原来在使用伺服送丝装置时,就开发了RS功能（回抽丝起弧功能）。而在AX-V4AP机器人上新开发的RS功能不需要伺服送丝装置,通过普通的送丝装置与机器人动作的结合就可以实现顺利起弧。

焊接电源的控制

作为最适合弧焊的机器人的要素之一,在机器人上最大程度地利用焊接电源的功能是非常关键的。OTC公司在机器人与焊接电源的通信上使用了CAN通信技术。CAN通信技术具有ABS、安全气囊的控制所需要的高反应性及高可靠性,而且CAN通信技术使用的电子元件也具有较高的耐温性及抗干扰性。

使用上述CAN通信手段,即使在焊接施工现场也可以实现稳定的双向通信,从而可以在机器人与焊接电源之间进行大量的、高速的信号交流,最终实现对焊接电源及机器人地更好控制。

通过使用上述高速通信技术,可以将焊接电源的丰富功能充分地应用到机器人上。焊接条件、脉冲的有无、电弧的特性等可以根据工件的板厚、间隙的大小、焊枪的姿态在机器人上进行自由设定。[page]技术四：最适合点焊的机器人[/page]

技术四：最适合点焊的机器人