淺談焊接機器人在汽車制造業中的技術應用及發展態勢

摘 要：本文首先對焊接機器人在工業中的應用情況作了簡要的介紹，重點論述了激光焊接機器人焊接技術應用，最后研討了焊接機器人的發展趨勢

關鍵詞：弧焊機器人；激光焊接；雙絲高速焊；焊縫跟蹤

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

一、焊接機器人國內外應用現狀

我國在20世紀70年代末開始進行工業機器人的研究，經過二十多年的研究與發展，在技術和應用方面都取得了長足的發展，對國民經濟以及提高生產率及質量起到了積極的推動作用。據不完全統計，最近幾年我國工業機器人出現了爆炸式增長，平均每年的增長率都超過40%，在弧焊和點焊領域的增長率都超過了60%。在2005年頂峰過后，2006年世界市場下降11%，數量在112209臺。不過，在三大工業區，歐洲，美洲，亞洲的發展差異很大。亞洲和美洲的銷量于2006年急劇下降。歐洲卻收回了之前的失地，2006年銷往汽車行業的數量同比下降17%，機器人銷往金屬制品，化工及食品行業的銷量大幅度上升。2006年超過61700臺機器人銷售到亞洲地區，比2005年減少了19%。中國是亞洲第三大機器人市場，新裝5800臺機器人，比2005年增加了29%。汽車工業仍是工業機器人的主要用戶，但橡膠，塑料和電子工業同樣獲取利潤。在美洲，機器人投資下降了18%，大約17900臺。盡管機器人銷售到化工工業，包括橡膠和塑料工業，增加顯著，這部分增加不足以彌補汽車行業急劇下降的部分。銷往歐洲的工業機器人增加了11%，31500臺。總的累計年銷售量，自從1960年底工業機器人被引入工業領域后，截至2006年底數量已超過1750000臺。許多早期的機器人，已經被淘汰，實際投入使用的工業機器人的庫存因此降低。工業機器人的全世界的市場計劃從2006年的112200臺增加到2007年的123100臺。從2008年開始，將以每年4.2%的速度增加到2010年的139300臺。在2007年，世界范圍的工業機器人的供應量將增加10%，汽車工業的投資也將比2006年增長很多。歐洲，增加的需求已顯露出來，特別是在中歐，東歐，意大利，瑞典和德國。北美，汽車工業的競爭將導致機器人購買的增加。亞洲汽車廠商增加了大量投資在海外及國內市場，中國的需求也將適度增長。

二、激光焊接技術

激光焊接是指用激光作為焊接熱源的焊接方法。激光焊接的特點是能量高度集中，溫度可達幾萬度，熔化和冷卻都很快，不用氣體保護，適用于難熔金屬和非金屬焊接。它不受磁場的影響，不需要真空條件，可透過透明窗孔進行焊接。汽車工業中，激光技術主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在車身設計制造中，根據車身不同的設計和性能要求，選擇不同規格的鋼板，通過激光截剪和拼裝技術完成車身某一部位的制造，例如前檔風玻璃框架、車門內板、車身底板、中立柱等。激光拼焊具有減少零件和模具數量、減少點焊數目、優化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處，目前已經被許多大汽車制造商和配件供應商所采用。激光焊接主要用于車身框架結構的焊接。激光焊接技術是上海大眾多次提到的汽車車身制造技術。上海大眾之所以將激光焊接技術作為產品的賣點之一，是因為激光焊接與傳統的點焊相比可以大幅提高車身剛度，令車身整體結構更加堅固。從制造商方面考慮，傳統的點焊需要將焊接的兩塊部件互相搭接，無形中增加了鋼材的消耗量。激光焊接的其它好處是可以減少材料用量、提高尺寸精度與降低成本等（以往認為的激光焊接會增加成本的觀點是比較片面的）。焊接系統由主控PLC、激光焊接機器人、焊接工裝夾具、激光發生器、循環水冷卻器和送絲機構等組成，其中主控PLC負責與激光焊接機器人、工裝夾具之間的通信及協調配合及整個系統的安全保護，機器人則主控激光發生器、循環水冷卻器、送絲機構之間的通信、協同工作。

三、焊接機器人技術的發展趨勢

（一）多傳感器信息智能融和技術近年來，隨著機器人系統中使用的傳感器種類和數量越來越多，各種新型傳感器不斷出現。例如，超聲波觸覺傳感器、靜電電容式距離傳感器、基于光纖陀螺慣性測量的三維運動傳感器，以及具有焊接工件檢測、識別和定位功能的視覺系統等。

（二）虛擬現實技術。虛擬現實技術是一種對事件的現實性從時間和空間上進行分解后重新組合的技術。這一技術包括三維計算機圖形學技術、多功能傳感器的交互接口技術以及高清晰度的顯示技術。

（三）多智能焊接機器人系統。多智能機器人系統是近年來開始探索的又一項智能技術，它是在單體智能機器發展到需要協調作業的條件下產生的。

（四）焊接機器人控制系統。機器人控制系統將重點研究開放式、模塊化控制系統。計算機語言、圖形編程與人的交流界面更加友好。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器已成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。

四、總結與展望

（1）隨著科技的發展，工業機器人的性能更完善、價格會更低，其應用將越普遍，神秘感消失。

（2）在我國從制造大國向制造強國轉變的過程中，工業機器人的需求將快速增加，機器人數量將成為衡量一個國家、一個企業加工能力的一個標志。

（3）未來的工業機器人將集成更多的功能，具有感知環境變化的適應能力，智能水平大幅提高。

（4）隨著我國核工業、航天技術等的發展，以機器人為核心的遙控焊接成為新的研究熱點。

參考文獻：

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