自從20世紀(jì)60年代初,人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機器人以后,工業(yè)機器人就顯示出它極大的生命力,在短短40多年的時間中,工業(yè)機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用盯质。目前,工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)舅尸、機械加工行業(yè)瘫笋、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)够戒、食品工業(yè)旦珊、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中,焊接機器人毕模、裝配機器人、噴涂機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用盈侣。本文以下重點介紹焊接機器人腌哎。

本文介紹了基于PC的機器人控制箱AXC、最新的動作控制方法瘩穆、最新的激光傳感器晰淋、最適合弧焊的機器人、最適合點焊的機器人等技術(shù)內(nèi)容,一覽焊接機器人的最新動態(tài)自驹。

技術(shù)一：基于PC的機器人控制箱AXC

OTC公司的AXC機器人控制箱是基于PC開發(fā)的,其特點是:功能更多,操作更加便利,保養(yǎng)更加高效乘儒。

AXC控制箱的軟件構(gòu)成

自從發(fā)明了Windows操作系統(tǒng),計算機才逐漸向一般家庭普及。這是因為Windows擁有超群的操作性能肤叼。但是,Windows是辦公用的OS,并不具備像機器人控制所需要的那種高度實時性塑猖。例如在連接因特網(wǎng)時,有時屏幕畫面會有短暫的等待,如果在機器人上發(fā)生這樣的情況,即使是一瞬間的停止也會造成焊接無法進行。為此,OTC公司在Windows系統(tǒng)中加入具有實時控制功能的OS,并在此基礎(chǔ)上進行了機器人控制軟件的開發(fā),最終實現(xiàn)在AXC控制箱上可以進行所有的控制管理功能谈跛。

以往采用Windows系統(tǒng)的機器人控制箱,其構(gòu)成基本都是如圖1(a)所示,雖然發(fā)揮了Windows的操作性能,但是在實際應(yīng)用中其適應(yīng)能力沒有變化羊苟。與之不同,AXC控制箱則擁有如圖1(b)所示的構(gòu)成,實現(xiàn)了完全的PC化。圖2顯示了其軟件的構(gòu)成感憾。

基于PC上的操作性

AXC控制系統(tǒng)中,示教盒只用來鍵操作及信息顯示蜡励。其特點是操作性能非常良好,具有與計算機一樣的彩色畫面顯示。

保養(yǎng)工作的高效化

使用AXC的保養(yǎng)輔助工具功能,能使原來困難的保養(yǎng)修理工作變得簡單阻桅。當(dāng)機器人發(fā)生故障時,保養(yǎng)輔助工具不只是顯示故障代碼,還能夠以圖的形式顯示故障位置,從而縮短故障修復(fù)的時間凉倚。另外,零件更換的順序也能夠以實物照片的形式顯示和說明,不需要操作人員一手拿著使用說明書,一手進行作業(yè)。

軟PLC功能的強化

AXC控制箱中藏有市場上銷售的高性能軟PLC功能（見圖3）,它支持國際標(biāo)準(zhǔn)語言IEC1131-3,在示教盒上面可以進行梯形圖的編輯。另外,如果使用市場上銷售的編程工具,在PC的平臺上就可以進行離線編程稽寒。使用AXC控制箱內(nèi)藏的軟PLC功能就可以控制周邊設(shè)備,不需要另外準(zhǔn)備夾具控制箱扮碧。

技術(shù)二：可控制姿態(tài)的激光傳感器

早在20年前,人們就開始利用激光傳感器檢出坡口斷面,從而實現(xiàn)跟蹤功能。目前,激光傳感器（見圖4）的檢出性能瓦胎、可靠性和耐久性得到了大幅度的改善,從而使其能夠應(yīng)用于各種場合芬萍。另外,不僅是進行跟蹤,它還附加了一些其他功能。在此對其中的一些主要功能作一下介紹敛意。

基本原理

如圖5所示她忱，將激光照在工件上,然后接受反射光,通過三角測距的原理測量出到工件的距離。但是這只是測量了1個點的距離胶勾。實際應(yīng)用時則通過操作內(nèi)部的掃描鏡,使激光傳感器在工件坡口方向擺動,通過測量到坡口位置的距離,從而得出端面形狀园秫。

6D跟蹤

傳統(tǒng)的激光傳感器采用的是2D跟蹤控制的方法,在焊縫跟蹤過程中無法實現(xiàn)焊槍姿態(tài)的變更。如果使用激光傳感器的6D跟蹤功能,則不僅可以實現(xiàn)焊縫的跟蹤,還可以實現(xiàn)焊槍角度的自動調(diào)整爹窥。

6D跟蹤的原理是:機器人控制器管理著機器人底座坐標(biāo)原點到焊槍坐標(biāo)系之間的位置姿勢bTt,而激光傳感器則測量從傳感器坐標(biāo)系看的工件坡口的位置姿勢cTs峡稿。在這里,對工具坐標(biāo)系來說,由于激光傳感器坐標(biāo)系是固定不動的,tTc是已知的固定值,所以利用高速通信技術(shù)可以同時求出bTt與cTs。從機器人底座坐標(biāo)看的坡口位置姿勢bTs就可以從以下公式中求得:

bTs=bTt·tTc·cTs

此作為檢出軌跡,只要焊槍按此軌跡移動的話,就可以實現(xiàn)沿著坡口的位置姿態(tài)自動跟蹤膊许。

適應(yīng)性控制

激光傳感器測量坡口的端面形狀,可以檢出搭接接頭的間隙土叠。根據(jù)檢出的間隙量自動調(diào)整焊接條件的功能就是所謂的適應(yīng)性控制。OTC公司的激光傳感器根據(jù)檢出的間隙量可以自動調(diào)整焊接速度拭秃、焊接條件构睬、擺弧條件、焊絲對準(zhǔn)位置蔓献、焊槍姿態(tài)等歪榕。

焊接結(jié)束后,再次使用激光傳感器對焊縫進行測量可以檢出焊縫的形狀;通過圖像處理計算出焊腳長度、咬邊尺寸,將測量出來的值與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較,判斷焊件是否合格;還可以將此結(jié)果輸出到外部設(shè)備幅慌。OTC公司的激光傳感器可以進行自動跟蹤宋欺、適應(yīng)性控制、焊縫檢查,從而保證了焊接質(zhì)量胰伍。

技術(shù)三：最適合弧焊的機器人

AX-V4AP電纜內(nèi)藏機器人是作為最適合弧焊的機器人而被開發(fā)的齿诞。由于同軸電纜內(nèi)藏在機器人本體中,避免了與工件及夾具的干涉。傳統(tǒng)機器人（如圖6所示）的同軸電纜暴露在外,且彎曲程度大,經(jīng)常會與工件發(fā)生干涉喇辽。如果使用AX-V4AP機器人則可以非常順利地接近工件掌挚。

另外,由于使用離線編程時同軸電纜的模擬非常困難,所以在做模擬時就無法進行這一部分的干涉確認(rèn),只能通過實際動作進行確認(rèn)。如果使用AX-V4AP機器人則沒有上述同軸電纜的問題,從而更加方便地使用離線編程軟件進行模擬菩咨。

機器人RS功能（見表1）

在使用機器人的自動化焊接生產(chǎn)線上,經(jīng)常會發(fā)生臨時停止的問題,而引起這個問題的最主要原因是起弧不良吠式。為減少起弧不良發(fā)生率,在AX-V4AP機器人上新開發(fā)了機器人RS功能。其實OTC公司原來在使用伺服送絲裝置時,就開發(fā)了RS功能（回抽絲起弧功能）抽米。而在AX-V4AP機器人上新開發(fā)的RS功能不需要伺服送絲裝置,通過普通的送絲裝置與機器人動作的結(jié)合就可以實現(xiàn)順利起弧特占。

焊接電源的控制

作為最適合弧焊的機器人的要素之一,在機器人上最大程度地利用焊接電源的功能是非常關(guān)鍵的。OTC公司在機器人與焊接電源的通信上使用了CAN通信技術(shù)。CAN通信技術(shù)具有ABS是目、安全氣囊的控制所需要的高反應(yīng)性及高可靠性,而且CAN通信技術(shù)使用的電子元件也具有較高的耐溫性及抗干擾性谤饭。

使用上述CAN通信手段,即使在焊接施工現(xiàn)場也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的雙向通信,從而可以在機器人與焊接電源之間進行大量的、高速的信號交流,最終實現(xiàn)對焊接電源及機器人地更好控制耗亮。

通過使用上述高速通信技術(shù),可以將焊接電源的豐富功能充分地應(yīng)用到機器人上诚悍。焊接條件、脈沖的有無筐知、電弧的特性等可以根據(jù)工件的板厚毛师、間隙的大小、焊槍的姿態(tài)在機器人上進行自由設(shè)定符固。

技術(shù)四：最適合點焊的機器人

OTC公司從焊接的觀點出發(fā)徹底追求最適合點焊的性能,并開發(fā)出了最適合點焊的機器人族江。新開發(fā)的機器人豐富了點焊的應(yīng)用功能,進一步縮短了節(jié)拍時間,減少了由于焊接電纜引起的與夾具的干涉,實現(xiàn)了對每個打點的質(zhì)量管理。

點焊控制器內(nèi)藏于AX機器人控制箱中（見圖7）

利用基于PC的控制箱的擴充性,開發(fā)了可以內(nèi)藏于機器人控制箱內(nèi)的點焊控制器(TIMER)拓肉。以往的點焊控制器(TIMER)外接時通過I/O連接需要花費較長時間,而采用內(nèi)藏型AX控制箱可以做到高速通信,減少了時間浪費,每個打點可以節(jié)約0.1s的節(jié)拍時間站号。

另外,由于采用了點焊控制器(TIMER)內(nèi)藏的結(jié)構(gòu),可以在機器人示教盒上（見圖8）實現(xiàn)點焊需要的各種參數(shù)、焊接周期的設(shè)定,以及焊接結(jié)果瘩朋、焊接記錄的顯示尔减。示教盒上還可以顯示電流值、電阻值券亚、溫度水平的波形催首。通過對電阻變化進行確認(rèn),判斷有無間隙和分流,從而對加壓力、電流值的設(shè)定作參考泄鹏。另外,通過對波形進行確認(rèn),可以減少實際工件上焊接條件調(diào)整的時間。

圖8  在機器人示教盒上可以進行各種設(shè)定

減少點焊火花的RE控制

通過對溫度水平及通電時間進行控制,根據(jù)情況變化電流,輸入希望得到打點的最佳能量秧耗。溫度水平是將計算得到的焊接部位的平均溫度乘上1/10后表示的數(shù)值备籽。RE控制具有以下特點:

①由于能夠掌握能量狀態(tài),減少點焊火花；

②即使是使用已消耗的電極也能得到最佳的打點分井；

③能夠減少由于間隙和分流引起的打點不良车猬；

④即使是連續(xù)打點也沒有不必要的電耗；

⑤由于連續(xù)打點數(shù)的增加尺锚，延長了電極修磨器的刀片的壽命珠闰。與傳統(tǒng)的恒電流控制相比較，RE能夠控制溫度水平瘫辩，不受間隙的有無伏嗜、電極消耗、分流等因素的影響,能夠得到穩(wěn)定的打點伐厌。

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