电弧焊接机器人及其自动化

★描述 
    在电弧焊接和制造业中，通常采用机械或电力方式按顺序执行部分或全部的自动化操作步骤。部份自动化的某些功能可由人工执行；全自动则不调节任何功能全部由操作员执行，自动化可用于许多不同的生产过程。自动化设备能组装单个或组合零配件（设定的自动化）；也可以灵活变化，进行快速修改，使它可以对不同的零部件、配件进行相似的操作（可变的自动化）。

　　有许多术语用于描述机器执行的电弧焊接操作，现总结如下。

　　☆机械化焊接：焊接过程中，焊接参数由机械或电力控制管理，也可进行手动调节以保持所需的焊接位置。

　　☆自动焊接:该焊接的所有参数都受到控制。可以在焊接操作之间进行手动调节，但不能在焊接时进行调节。

　　☆机器人焊接：是使用机器人的自动焊接，可预先对机器人定制不同的焊接路径和几何构造。

★当前状态

　　焊接是工业机器人的主要工作任务，其中25%～35%的机器人用于电弧焊接，30%～40%用于完成电阻焊接任务。汽车部门是工业机器人产业的主要用户（占50%～60%），而黄色机械产品（土石搬运设备）和白色家电产品（洗衣机、冰箱等）生产部门是正在增长的用户。

　　机器人由电脑控制管理，是行动平稳的伺服传动反馈系统，它能精确且迅速地通过指定的路径。以计算机为基础，可以很容易地对其重新编程（重新传授指令），以使它执行新的任务和操作。

　　程序最初是通过点对点地操作机器人产生的，当机器人通过指定的路径时，依次记录下各点的情况（教与学）。这种方法要求“在线”使用制造机器人。计算机模拟工具已逐渐用于编写程序，当有需要时，就将“离线”（未连接的）程序下载到机器人中。关于离线编程的介绍，请参见《离线工业机器人编程介绍》。

　　通常基于激光条或扫描点的传感器，逐渐被用于跟踪焊缝和更正焊接参数，以调节接头的装配和体积的变化。请参见《接头技术的研究结论、发展情况和适用于独立机器人制造的电弧焊接过程》。

　　通常机器人设备是被固定着的，并附带有用于焊接的零部件。但是，在焊接现场生产象船这类的大型制造物时，可将便携式机器人安置在需要焊接的位置，请参见《便携式焊接机器人—— 一种工业勘测》。

　　在最近的项目中，TWI与欧洲伙伴共同研发了一种独立机器人，该机器人在零部件附近工作，请参见下文中的《NOMAD项目》和《机器人制造》。

　　关于结构制造业中可变自动化的概述，请参见《结构制造业中可变自动化概述》。

★利益　

    机械化/自动化系统的成功应用，能产生一定的利益。包括生产率的提高，稳定的焊接质量，可预测的焊接生产率，减少易变的焊接成本和部分较少的开支。而该应用的缺陷是：要比手工焊接设备投入更多的资本，需要提供更精确的零部件位置并对其定向，并且需要更先进的电弧运动和控制设备。

　　这样，就必须有足够大的产品需求量，获得可观的利润来支付设备和安装的成本，维护机器人设备以及培训操作员和程序员，请参见《机器人在钢材棱角切割方面有用武之地吗？》。

　　影响自动化使用范围的几个因素是：

　　●产品质量——可实现更好的过程控制管理、改善产品和减少材料浪费。

　　●生产水平——可创造更大的生产量，提高货物销售量，这可能是自动化生产最重要的优点。

　　●人力——自动化可以保证焊工在安全的环境下工作，并且使公司能雇佣更廉价的、技术不熟练的劳动力进行工作。但必须对这些人员进行教学和培训，以使自动化系统得到最充分的利用。

　　●投资——必须弄清使用自动化系统所节约的资金和花费的成本，包括可用的和已花费的资本。请参见《机器人在钢材棱角切割方面有用武之地吗？》。

★专业技能　

    TWI的电弧焊接工程师和技术人员拥有丰富的技能和多年研发、解决工业问题的经验。TWI通过以下方法在制造业中推广机器人技术并提供长久的支持：

    ●可行性研究

    ●样品研发

    ●生产支持

　　对于在选择和安装机器人方面的指导，请参见《关于机器人焊接工作间的思考——指导文献》。书中包括了如下的咨询和研发工作：

    ●机器人MIG/MAG焊

    ●机器人TIG焊

    ●接头研究结论和焊缝跟踪

    ●具有适应性的控制

    ●灵活的生产系统

    ●处理和机器人模拟

    ●离线编程

    ●遥控焊接