機(jī)器人弧焊主要應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)零部件、工程機(jī)械、金屬行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

弧焊機(jī)器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類(lèi)型，具有可長(zhǎng)期進(jìn)行焊接作業(yè)、保證焊接作業(yè)的高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，弧焊機(jī)器人正利用機(jī)器視覺(jué)及云數(shù)據(jù)向智能化的方向發(fā)展。

1 系統(tǒng)組成

一般的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)是由以下部分組成：

1、機(jī)器人

2、自動(dòng)送絲裝置

3、焊接電源

4、焊槍

5、變位機(jī)

6、工裝夾具

系統(tǒng)組成還可根據(jù)焊接方法的不同以及具體待焊工件焊接工藝要求的不同等情況，選擇性擴(kuò)展以下裝置：

1、清槍剪絲裝置

2、冷卻水箱

3、焊劑輸送和回收裝置（SAW時(shí)）

4、移動(dòng)裝置

5、焊接變位機(jī)

6、傳感裝置

7、除塵裝置及焊縫檢測(cè)設(shè)備

以下是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人弧焊工作站

▼

2 三種焊接方法

1、氣體保護(hù)電弧焊：

利用氬氣作為焊接區(qū)域保護(hù)氣體的氬弧焊、利用二氧化碳作為焊接區(qū)域保護(hù)氣體的二氧化碳保護(hù)焊等，均屬于氣體保護(hù)電弧焊。

其基本原理是在以電弧為熱源進(jìn)行焊接時(shí)，同時(shí)從噴槍的噴嘴中連續(xù)噴出保護(hù)氣體把空氣與焊接區(qū)域中的熔化金屬隔離開(kāi)來(lái)，以保護(hù)電弧和焊接熔池中的液態(tài)金屬不受大氣中的氧、氮、氫等污染，以達(dá)到提高焊接質(zhì)量的目的。

2、鎢極氬弧焊：

以高熔點(diǎn)的金屬鎢棒作為焊接時(shí)產(chǎn)生電弧的一個(gè)電極，并處在氬氣保護(hù)下的電弧焊，常用于不銹鋼、高溫合金等要求嚴(yán)格的焊接。

3、等離子電弧焊：

由鎢極氬弧焊發(fā)展起來(lái)的一種焊接方法，等離子弧是離子氣被電離產(chǎn)生高溫離子氣流，從噴嘴細(xì)孔中噴出，經(jīng)壓縮形成細(xì)長(zhǎng)的弧柱，高于常規(guī)的自由電弧，如：氬弧焊僅達(dá)5000－8000K。由于等離子弧具有弧柱細(xì)長(zhǎng)，能量密度高的特點(diǎn)，因而在焊接領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

3 三種氣體保護(hù)焊

弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口。

近年來(lái)，國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)播人相應(yīng)的接口板、所以上圖的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒(méi)有附加接口箱。

應(yīng)該指出，在弧焊機(jī)器人工作周期中電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來(lái)確定電源的容量。

1、MIG焊（熔化極氣體保護(hù)電弧焊）：

這種焊接方法是利用連續(xù)送進(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬嘴噴出的氣體來(lái)保護(hù)電弧進(jìn)行焊接的。惰性氣體一般為氬氣。

2、TIG焊（惰性氣體鎢極保護(hù)焊）：

TIG焊的熱源為直流電弧，工作電壓為10～15伏，但電流可達(dá)300安培，把工件作為正極，焊炬中的鎢極作為負(fù)極。 惰性氣體一般為氬氣。

3、MAG焊（熔化極活性氣體保護(hù)焊）：

熔化極活性氣體保護(hù)焊是采用在惰性氣體中加入一定量的活性氣體，如O2、CO2等作為保護(hù)氣體。

4 弧焊系統(tǒng)說(shuō)明

弧焊過(guò)程比點(diǎn)焊過(guò)程要復(fù)雜得多，工具中心點(diǎn)（TCP），也就是焊絲端頭的運(yùn)動(dòng)軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接參數(shù)都要求精確控制。所以，弧焊用機(jī)器人除了前面所述的一般功能外，還必須具備一些適合弧焊要求的功能。

從理論上講，5軸機(jī)器人就可以用于電弧焊，但是對(duì)復(fù)雜形狀的焊縫，用5個(gè)軸的機(jī)器人會(huì)有困難。因此，除非焊縫比較簡(jiǎn)單，否則應(yīng)盡量選用6軸機(jī)器人。

弧焊機(jī)器人在作“之”字形拐角焊或小直徑圓焊縫焊接時(shí)，其軌跡應(yīng)能貼近示教的軌跡之外，還應(yīng)具備不同擺動(dòng)樣式的軟件功能，供編程時(shí)選用，以便作擺動(dòng)焊，而且擺動(dòng)在每一周期中的停頓點(diǎn)處，機(jī)器人也應(yīng)自動(dòng)停止向前運(yùn)動(dòng)，以滿足工藝要求。此外，還應(yīng)有接觸尋位、自動(dòng)尋找焊縫起點(diǎn)位置、電弧跟蹤及自動(dòng)再引弧功能等。

5 調(diào)試中電弧焊電流

調(diào)試中電弧焊電流大小的判斷：

1、電流小：

焊道窄，熔深淺，易形成過(guò)高，未熔合，未焊透，夾渣，氣孔，焊條粘連，斷弧，不引弧等等；

2、電流大：

焊道寬，熔深大，咬邊，燒穿，縮孔，飛濺大，過(guò)燒，變形大，焊瘤等等。

6 離線編程

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)多采用離線編程

▼

離線編程可節(jié)省超過(guò)40％的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，如果再結(jié)合Virtual Arc等虛擬弧焊軟件，可以根拒焊接電流，焊絲，焊接速度，脈沖形式，機(jī)器人姿態(tài)等模擬出焊接熔深，提前預(yù)知焊接狀態(tài)，減少大量的調(diào)試工作，提高整個(gè)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的節(jié)拍及質(zhì)量。

7 系統(tǒng)的兩個(gè)技術(shù)

弧焊機(jī)器人系統(tǒng)兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

1、協(xié)調(diào)控制技術(shù)：

控制多機(jī)器人及變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，既能保持焊槍和工件的相對(duì)姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞，還要控制各機(jī)器人焊接區(qū)域的變形影響。

2、精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：

結(jié)合激光傳感器和視覺(jué)傳感器離線工作方式的優(yōu)點(diǎn)，采用激光傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤，提升焊接機(jī)器人對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺(jué)傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計(jì)獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

8 焊接電源

1、焊接電源

熔化極氣體保護(hù)焊通常采用直流焊接電源，目前生產(chǎn)中使用較多的是弧焊整流器式直流電源。近年來(lái)，逆變式弧焊電源發(fā)展也較快。焊接電源的額定功率取決于各種用途所要求的電流范圍。熔化極氣體保護(hù)焊所要求的電流通常在100～500A之間，電源的負(fù)載持續(xù)率（也稱(chēng)暫載率）在60％～100％范圍，空載電壓在55～85V范圍。

2、焊接電源的外特性

熔化極氣體保護(hù)焊的焊接電源按外特性類(lèi)型可分為三種：平特性（恒壓）、陡降特性（恒流）和緩降特性。

（1）平特性

當(dāng)保護(hù)氣體為惰性氣體（如純Ar）、富Ar和氧化性氣體（如CO2），焊絲直徑小于φ1．6mm時(shí)，在生產(chǎn)中廣泛采用平特性電源。這是因?yàn)槠教匦噪娫磁浜系人偎徒z機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)改變電源空載電壓調(diào)節(jié)電弧電壓，通過(guò)改變送絲速度來(lái)調(diào)節(jié)焊接電流，故焊接規(guī)范調(diào)節(jié)比較方便。使用這種外特性電源，當(dāng)弧長(zhǎng)變化時(shí)可以有較強(qiáng)的自調(diào)節(jié)作用；同時(shí)短路電流較大，引弧比較容易。實(shí)際使用的平特性電源其外特性并不都是真正平直的，而是帶有一定的下傾，其下傾率一般不大于5V／100A，但仍具有上述優(yōu)點(diǎn)。

（2）下降特性

當(dāng)焊絲直徑較粗（大于φ2mm），生產(chǎn)中一般采用下降特性電源，配用變速迭絲系統(tǒng)。由于焊絲直徑較粗，電弧的自身調(diào)節(jié)作用較弱，弧長(zhǎng)變化后恢復(fù)速度較慢，單靠電弧的自身調(diào)節(jié)作用難以保證穩(wěn)定的焊接過(guò)程。因此也象一般埋弧焊那樣需要外加弧壓反饋電路，將弧壓（弧長(zhǎng)）的變化及時(shí)反饋送到送絲控制電路，調(diào)節(jié)送絲速度，使弧長(zhǎng)能及時(shí)恢復(fù)。

3、電源輸出參數(shù)的調(diào)節(jié)

熔化極氣體保護(hù)焊電源的主要技術(shù)參數(shù)有：

（1）輸入電壓（相數(shù)、頻率、電壓）

（2）額定焊接電流范圍

（3）額定負(fù)載持續(xù)率（％）

（4）空載電壓

（5）負(fù)載電壓范圍

（6）電源外特性曲線類(lèi)型（平特性、緩降外特性、陡降外特性）

通常要根據(jù)焊接工藝的需要確定對(duì)焊接電源技術(shù)參數(shù)的要求，然后選用能滿足要求的焊接電源。

（1）電弧電壓

電弧電壓是指焊絲端頭和工件之間的電壓降，不是電源電壓表指示的電壓（電源輸出端的電壓）。電弧電壓的預(yù)調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)電源的空載電壓或電源外特性斜率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。平特性電源主要通過(guò)調(diào)節(jié)空載電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電弧電壓調(diào)節(jié)。緩降或陡降特性電源主要通過(guò)調(diào)節(jié)外特性斜率來(lái)實(shí)現(xiàn)電弧電壓調(diào)節(jié)。

（2）焊接電流

平特性電源的電流的大小主要通過(guò)調(diào)節(jié)送絲速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也適當(dāng)調(diào)節(jié)空載電壓來(lái)進(jìn)行電流的少量調(diào)節(jié)。對(duì)于緩降或陡降特性電源則主要通過(guò)調(diào)節(jié)電源外特性斜率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

9 送絲系統(tǒng)

送絲系統(tǒng)通常是由送絲機(jī)（包括電動(dòng)機(jī)、減速器、校直輪、送絲輪、送絲軟管、焊絲盤(pán)等）組成。盤(pán)繞在焊絲盤(pán)上的焊絲經(jīng)過(guò)校直輪和送絲輪送往焊槍。根據(jù)送絲方式的不同，可分為四種類(lèi)型：

（1）推絲式

推絲式是焊絲被送絲輪推送經(jīng)過(guò)軟管而達(dá)到焊槍?zhuān)前胱詣?dòng)熔化極氣保護(hù)焊的主要送絲方式。

這種送絲方式的焊槍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、操作維修都比較方便，但焊絲送進(jìn)的阻力較大。隨著軟管的加長(zhǎng)，送絲穩(wěn)定性變差，一般送絲軟管長(zhǎng)為3．5～4m左右。

（2）拉絲式

拉絲式可分為三種形式：

1）將焊絲盤(pán)和焊槍分開(kāi)，兩者通過(guò)送絲軟管連接；

2）將焊絲盤(pán)直接安裝在焊槍上；

3）焊絲盤(pán)與焊槍分開(kāi)，送絲電動(dòng)機(jī)也與焊槍分開(kāi)。

前兩種都適用于細(xì)絲半自動(dòng)焊，但前一種操作比較方便，第三種送絲方式可用于自動(dòng)熔化極氣體保護(hù)焊。

（3）推拉絲式

這種送絲方式的送絲軟管最長(zhǎng)可以加長(zhǎng)到15m左右，擴(kuò)大了半自動(dòng)焊的操作距離。焊絲前進(jìn)時(shí)既靠后面的推力，又靠前邊的拉力，利用兩個(gè)力的合力來(lái)克服焊絲在軟管中的阻力。推拉絲兩個(gè)動(dòng)力在調(diào)試過(guò)程中要有一定配合，盡量做到同步，但以拉為主。焊絲送進(jìn)過(guò)程中，始終要保持焊絲在軟管中處于拉直狀態(tài)。

這種送絲方式常被用于半自動(dòng)熔化極氣體保護(hù)焊。

（4）行星式（線式）

行星式送絲系統(tǒng)是根據(jù)“軸向固定的旋轉(zhuǎn)螺母能軸向送進(jìn)螺桿”的原理設(shè)計(jì)而成的。

三個(gè)互為120°的滾輪交叉地安裝在一塊底座上，組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)盤(pán)。驅(qū)動(dòng)盤(pán)相當(dāng)于螺母，通過(guò)三個(gè)滾輪中間的焊絲相當(dāng)于螺桿，三個(gè)滾輪與焊絲之間有一個(gè)預(yù)先調(diào)定的螺旋角。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的主軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)滾輪即向焊絲施加一個(gè)軸向的推力，將焊絲往前推送。送絲過(guò)程中，三個(gè)滾輪一方面圍繞焊絲公轉(zhuǎn)，另一方面又繞著自己的軸自轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)焊絲送進(jìn)速度。

這種送絲機(jī)構(gòu)可一級(jí)一級(jí)串聯(lián)起來(lái)而成為所謂線式送絲系統(tǒng)，使送絲距離更長(zhǎng)（可達(dá)60m）。

若采用一級(jí)傳送，可傳送7～8m。這種線式送絲方式適合于輸送小直徑焊絲（φ0．8～1．2mm）和鋼焊絲，以及長(zhǎng)距離送絲。

10 焊槍

熔化極氣體保護(hù)焊的焊槍分為半自動(dòng)焊焊槍?zhuān)ㄊ治帐剑┖妥詣?dòng)焊焊槍?zhuān)ò惭b在機(jī)械裝置上）。

在焊槍內(nèi)部裝有導(dǎo)電嘴（紫銅或鉻銅等）。焊槍還有一個(gè)向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體的通道和噴嘴。噴嘴和導(dǎo)電嘴根據(jù)需要都可方便地更換。

此外，焊接電流通過(guò)導(dǎo)電嘴等部件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱和電弧輻射熱一起，會(huì)使焊槍發(fā)熱，故需要采取一定的措施冷卻焊槍。冷卻方式空氣冷卻、內(nèi)部循環(huán)水冷卻，或兩種方式相結(jié)合。對(duì)于空氣冷卻焊槍?zhuān)贑O2氣體保護(hù)焊時(shí)，斷續(xù)負(fù)載下一般可使用高達(dá)600A的電流。但是，在使用氬氣或氦氣保護(hù)焊時(shí)，通常只限于200A電流。

1、焊槍的分類(lèi)

（1）半自動(dòng)焊槍

半自動(dòng)焊槍通常有兩種形式：鵝頸式和手槍式。

1）鵝頸式焊槍

適合于小直徑焊絲，使用靈活方便，特別適合于緊湊部位、難以達(dá)到的拐角處和某些受限制區(qū)域的焊接；

2）手槍式焊槍

適合于較大直徑焊絲，它對(duì)于冷卻效果要求較高，因而常采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻。半自動(dòng)焊焊槍可與送絲機(jī)構(gòu)裝在一起，也可分離。

（2）自動(dòng)焊焊槍

自動(dòng)焊焊槍的基本構(gòu)造與半自動(dòng)焊焊槍相同，但其載流容量較大，工作時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)要采用內(nèi)部循環(huán)水冷卻。焊槍直接裝在焊接機(jī)頭的下部，焊絲通過(guò)送絲輪和導(dǎo)絲管送進(jìn)焊槍。

2、供氣系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)

（1）供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)與鎢極氬弧焊相似，對(duì)于CO2氣體，通常還需要安裝預(yù)熱器和干燥器，以吸收氣體中的水分，防止焊縫中生成氣孔。對(duì)于熔化極活性氣體保護(hù)焊還需要安裝氣體混合裝置，先將氣體混合均勻，然后再送入焊槍。

（2）冷卻水系統(tǒng)

冷卻水系統(tǒng)由水箱、水泵和冷卻水管及水壓開(kāi)關(guān)組成。水箱里的冷卻水經(jīng)水泵流經(jīng)冷卻水管，經(jīng)水壓開(kāi)關(guān)后流入焊槍?zhuān)缓蠼?jīng)冷卻水管再回流入水箱，形成冷卻水循環(huán)。水壓開(kāi)關(guān)的作用是保證當(dāng)冷卻水未流經(jīng)焊槍時(shí)，焊接系統(tǒng)不能起動(dòng)焊接，以保護(hù)焊槍?zhuān)苊庥捎谖唇?jīng)冷卻而燒壞。

3、焊槍服務(wù)中心

包括清槍剪絲裝置，涂油裝置，及TCP自動(dòng)校正裝置?？商岣?％的正常運(yùn)行時(shí)間。

TCP自動(dòng)定義

TCP自動(dòng)檢查／更新

TCP重復(fù)率 ＋／－ 0．1mm

工件質(zhì)量穩(wěn)定

更高系統(tǒng)可靠運(yùn)行時(shí)間

11 變位機(jī)

變位機(jī)一般與機(jī)器人聯(lián)動(dòng)，是機(jī)器人的一個(gè)附加軸，能配合機(jī)器人完成復(fù)雜工件的焊接，高性能的變位機(jī)重復(fù)精度能達(dá)到0．1mm。

12 起始點(diǎn)尋位功能

1、焊前接觸式傳感；

2、自動(dòng)尋找焊縫起點(diǎn)、終點(diǎn)及焊縫位置；

3、降低對(duì)工裝夾具的定位精度要求。；

4、可實(shí)現(xiàn)3D導(dǎo)引；

5、快速搜尋，搜尋速度20～50mm／s，單點(diǎn)一方向搜尋時(shí)間2～6s；

6、導(dǎo)引精度±0．25mm。

13 電弧跟蹤及自適應(yīng)功能

1、焊接過(guò)程中自動(dòng)跟蹤焊縫；

2、電弧作為傳感裝置；

3、裝配、加工及焊接變形誤差可以得到修正；

4、焊縫跟蹤精度±0．1mm 。

14 激光視覺(jué)焊縫傳感

機(jī)器人采用的是主動(dòng)跟蹤的方式，機(jī)器人控制傳感器：

1、焊槍的位置和焊接速度實(shí)時(shí)獲取，控制方便，速度變化時(shí)易于調(diào)整。

2、可以方便的和外軸進(jìn)行集成控制和同步

3、總線通訊方式，信息量豐富

15 焊接后的質(zhì)量檢測(cè)

因視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了線激光、白藍(lán)光等技術(shù)，已能完成焊縫的質(zhì)量檢測(cè)，可以檢測(cè)焊縫的起始點(diǎn)，焊縫高度，焊縫寬度，焊接缺陷及焊縫連續(xù)性等，甚至還能通過(guò)飛濺檢測(cè)來(lái)判斷焊接參數(shù)的合理性。讓整個(gè)焊接自動(dòng)化形成了一個(gè)制造閉環(huán)，為將來(lái)的機(jī)器學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

令人驚訝的弧焊3D打印技術(shù)

辰視智能擁有基于深度學(xué)習(xí)的三維視覺(jué)引導(dǎo)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、視覺(jué)檢測(cè)、三維建模等方面的核心技術(shù)，并研發(fā)了機(jī)器人三維視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng) 、機(jī)器人二維視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)、三維檢測(cè)系統(tǒng)、產(chǎn)品外觀檢測(cè)系統(tǒng)等可根據(jù)客戶(hù)需求定制化的智能產(chǎn)品。以高效·低成本·模塊化的方式為自動(dòng)化集成商、自動(dòng)化設(shè)備廠商、機(jī)器人廠家提供機(jī)器視覺(jué)的相關(guān)解決方案。