机器人焊接系统组成及其介绍

机器人焊接

系统组成及其介绍

说明：机器人焊接使用越来越广泛，使用越来越多，技术不断更新。现在焊接中应用了视觉、激光检测，轨迹跟踪修正等技术，使得机器人焊接越来越自动化智能化。这里主要了解一下机器人焊接系统组成，简单介绍机器人焊接系统各个组成部分。此文内容来源于百度网络网页。

一、机器人焊接系统组成

1、机器人焊接系统一般组成

（1）机器人

（2）焊接电源（焊机）

（3）送丝装置

（4）焊接保护气体装置

（5）焊枪

（6）工装夹具

（7）焊接变位机

（8）清枪服务装置等

2、机器人焊接系统组成还可根据焊接方法的不同以及具体的焊接工件、焊接工艺要求的不同等情况，选择扩展装置，例如：

（1）冷却水箱系统

（2）焊剂输送和回收装置

（3）焊接特种变位机

（4）各种传感器

（5）除尘器

（6）焊缝检测设备

（7）视觉设备等

二、机器人焊接系统各部分简介

1、焊接电源

焊接电源为焊接提供电流、电压并具有适合该焊接方法所要求的输出特性的设备。焊接电流有交流，直流，脉冲三种基本类型，相应的弧焊电源为交流弧焊电源，直流弧焊电源，脉冲弧焊电源等。焊接电源还有激光焊接、等离子焊接等。

焊接电源当今世界品牌一般有奥地利的福尼斯（Fronius）、芬兰的肯比（Kemppi Pro）、美国的林肯、美国miller米勒、日本松下焊机（Panasonic）等，国产品牌焊接电源有深圳麦克米特等，其他的激光焊接电源，等离子焊接电源（海宝电源）等。

2、机器人

焊接使用的机器人，现在世界品牌工业机器人和国内品牌工业机器人基本都可以进行焊接，而且一些机器人还专门配有焊接工艺包或者焊接功能模块，机器人的出现很多基本上设计时候就是为了代替这些环境相对不太好的工种。世界品牌工业机器人，一般有ABB、kuka、fanuc、yaskawa（安川）、nachi（那智）、kawasaki（川崎机器人）、comau（柯马）、epson（爱普生）等，国产机器人一般有新松、广数、华数、埃斯顿、新时达、等。

3、送丝系统

送丝系统通常是由送丝机、减速器、校直轮、送丝轮、送丝软管、焊丝盘等组成。盘绕在焊丝盘上的焊丝经过校直轮和送丝轮送往焊枪。根据送丝方式的不同，可分为四种类型：

推丝式：推丝式是焊丝被送丝轮推送经过软管而达到焊枪，是半自动熔化极气保护焊的主要送丝方式。这种送丝方式的焊枪结构简单、轻便、操作维修都比较方便，但焊丝送进的阻力较大。随着软管的加长，送丝稳定性变差，一般送丝软管长为3．5～4m左右。

拉丝式：拉丝式可分为三种形式，分别是：

（1）将焊丝盘和焊枪分开，两者通过送丝软管连接；

（2）将焊丝盘直接安装在焊枪上；

（3）焊丝盘与焊枪分开，送丝电动机也与焊枪分开。

前两种都适用于细丝半自动焊，但前一种操作比较方便，第三种送丝方式可用于自动熔化极气体保护焊。

推拉丝式：焊丝前进时既靠后面的推力，又靠前边的拉力，利用两个力的合力来克服焊丝在软管中的阻力。推拉丝两个动力在调试过程中要有一定配合，尽量做到同步，但以拉为主。焊丝送进过程中，始终要保持焊丝在软管中处于拉直状态。这种送丝方式的送丝软管※长可以加长到15m左右，扩大了半自动焊的操作距离。

行星式：行星式送丝系统是根据“轴向固定的旋转螺母能轴向送进螺杆”的原理设计而成的。三个互为120°的滚轮交叉地安装在一块底座上，组成一个驱动盘。驱动盘相当于螺母，通过三个滚轮中间的焊丝相当于螺杆，三个滚轮与焊丝之间有一个预先调定的螺旋角。当电动机的主轴带动驱动盘旋转时，三个滚轮即向焊丝施加一个轴向的推力，将焊丝往前推送。送丝过程中，三个滚轮一方面围绕焊丝公转，另一方面又绕着自己的轴自转。调节电动机的转速即可调节焊丝送进速度。这种送丝机构可一级一级串联起来而成为所谓线式送丝系统，使送丝距离更长(可达60m)。若采用一级传送，可传送7～8m。这种线式送丝方式适合于输送小直径焊丝(φ0．8～1．2mm)和钢焊丝，以及长距离送丝。

4、焊枪

焊枪利用焊机的高电流，高电压产生的热量聚集在焊枪终端，熔化焊丝，融化的焊丝渗透到需焊接的部位，冷却后，被焊接的物体牢固的连接成一体。焊枪是指焊接过程中，执行焊接操作的部分，它使用灵活，方便快捷，工艺简单。

焊枪分类，三阴极焊枪、WP氩弧焊枪、氩弧焊枪、塑料焊枪、CO2焊枪、火焰焊枪、电烙铁等。其中气保焊枪主要分为:松下、OTC、宾彩尔、TBI四大系列，氩弧焊枪主要分为:气电一体、气电分体、水冷三大系列，根据自身情况选择合适的焊枪。

5焊接保护气体

保护气体是指焊接过程中用于保护金属熔滴、熔池及焊缝区的气体，它使高温金属免受外界气体的侵害。保护性气体一般都是化学特性非常稳定，在高温高压等等的化学反应过程中也不参与反应。不仅如此，它还能够起到隔离大气中活跃性气体如氧气等等参与反应,从而起到保护反应的纯粹性 。保护性气体一般以惰性气体为常见，有些时候考虑到成本因素，氮气也可以作为部分反应的保护气体。

焊接保护气体可以是单元气体，也有二元，三元混合气。单元气体有氩气，二氧化碳，二元混合气有氩和氧，氩和二氧化碳，氩和氦，氩和氢混合气。三元混合气有氦，氩，二氧化碳混合气。应用中视焊材不同选择不同配比的焊接混合气。另一方面，保护气体来自其他方面，如焊条药皮就可以产生保护气体，产生气体的主要有纤维素，碳酸盐等。埋弧焊焊剂也能产生保护气体，但是量少。

保护气体可以分为两类：惰性气体和活性气体。惰性气体指的是氦气和氩气，根本不会与熔融焊缝发生反应，用于MIG 焊接（金属 - 惰性气体电弧焊）。活性气体，一般包括二氧化碳，氧气，氮气和氢气。这些气体通过稳定电弧和确保材料平稳地传送到焊缝来参与焊接过程，当占大部分时，会破坏焊缝，但是少量的话反而能提高焊接特点，用于MAG 焊接（金属 - 活性气体电弧焊）。

6、焊接工装夹具

焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。

一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具（也称胎具或专用夹具）。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸，做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。这种多动力源夹具，称做混合式夹具。

7、机器人焊接变位机

机器人焊接变位机，通过控制工作台的回转，采用传感角度预设并配合脚踏开关，可实现所需要的焊接位置和焊接速度，方便机器人焊接作业和自动焊接作业的可控性。变位机一般与机器人联动，是机器人的一个附加轴，能配合机器人完成复杂工件的焊接，高性能的变位机重复精度能达到0.1mm。变位机种类繁多，一般变位机有移动方式和旋转方式。

8、焊接清枪服务装置

一般焊接机器人会配置清枪装置，机器人焊接到指定次数之后，机器人会去清枪服务装置把焊枪里面的焊渣去掉，喷雾试剂、剪焊丝等，保证机器人焊接正常和焊接的质量。给机器人配置清枪、喷硅油装置，工作一段时间后，机器人带动焊枪自动到清枪装置处，清除焊枪喷嘴处粘附的焊接飞溅，并向枪的内部喷射少量硅油，避免焊接时飞溅牢固的粘附，有利于下次清枪。

9、焊接冷却系统

焊接时候会产生大量的热，对于焊枪导电嘴和枪口等会造成影响，一般都会用冷却系统进行保护，延长使用寿命和焊接质量，一般焊接冷却方式有气冷和水冷。气冷是通过保护气体吹走热量，加速冷却，在设计焊枪时候基本上都会考虑。

冷却水系统由水箱、水泵和冷却水管及水压开关组成。水箱里的冷却水经水泵流经冷却水管，经水压开关后流入焊枪，然后经冷却水管再回流入水箱，形成冷却水循环。水压开关的作用是保证当冷却水未流经焊枪时，焊接系统不能起动焊接，以保护焊枪，避免由于未经冷却而烧坏。

10、焊接除尘器

焊烟除尘器 ，又称焊烟吸尘器，是通过滤净化方式将电焊、保护焊、氩弧焊等烧焊过程中产生的废渣、有毒有害气体吸收吸收和处理的设备，通过焊烟除尘器可防止气体污染，减少有害物质对操作工人的健康侵害，防止职业病，主要是电焊尘肺等的发生。

通过风机引力作用，焊烟废气经万向吸尘罩吸入设备进风口，设备进风口处设有阻火器，火花经阻火器被阻留，烟尘气体进入沉降室，利用重力与上行气流，首先将粗粒尘直接降至灰斗，微粒烟尘被滤芯捕集在外表面，洁净气体经滤芯过滤净化后，由滤芯中心流入洁净室，洁净空气又经活性碳过滤器吸附进一步净化后经出风口达标排出。

主要部件包括：万向吸尘臂、耐高温吸尘软管、吸尘罩、阻火网、阻燃高效滤芯、脉冲反吹装置、脉冲电磁阀、压差表、洁净室、活性碳过滤器、沉灰抽屉组合、阻燃吸音棉、带刹车的新韩式脚轮、风机、ABB电机以及电控箱等。

11、弧焊机器人系统两个关键技术

（1）协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞，还要控制各机器人焊接区域的变形影响。

（2）精准焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得※佳的焊接质量。

12、激光视觉焊缝传感

机器人采用的是主动跟踪的方式，机器人控制传感器：

1、焊枪的位置和焊接速度实时获取，控制方便，速度变化时易于调整。

2、可以方便的和外轴进行集成控制和同步

3、总线通讯方式，信息量丰富

13、焊接后的质量检测

随着视觉技术的发展，现在出现了线激光、白蓝光等技术，已能完成焊缝的质量检测，可以检测焊缝的起始点，焊缝高度，焊缝宽度，焊接缺陷及焊缝连续性等，甚至还能通过飞溅检测来判断焊接参数的合理性，让整个焊接自动化形成了一个制造闭环。

14、焊接电弧传感器

随着电弧传感技术的发展，焊缝跟踪引入了电弧传感技术，电弧传感器作为一种实时传感的器件与其它类型的传感器相比，具有结构较简单、成本低和响应快等特点，是焊接传感器的一个重要的发展方向，具有强大的生命力和应用前景主要应用在两方面：一方面主要用在弧焊机器人上，另一方面主要用在带有十字滑块的自动焊上。

电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。即电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置。

15、焊机离线编程

随着机器人应用领域越来越广，传统的示教编程这种编程手段有些场合变得效率非常低下，于是离线编程应运而生，并且应用越来越普及。离线编程，是通过软件，在电脑里重建整个工作场景的三维虚拟环境，然后软件可以根据要工加零件的大小、形状、材料，同时配合软件操作者的一些操作，自动生成机器人的运动轨迹，即控制指令，然后在软件中仿真与调整轨迹，※后生成机器人程序传输给机器人。

国内品牌离线编程软件RobotArt，使得 机器人离线编程系统正朝着一个智能化、专用化的方向发展，用户操作越来越简单方便，并且能够快速生成控制程序。在某些具体的应用领域可以实现参数化，极大的简化了用户的操作。同时机器人离线编程技术对机器人的推广应用及其工作效率的提升有着重要的意义，离线编程可以大幅度节约制造时间，实现机器人的实时仿真，为机器人的编程和调试提供灵活的工作环境所以说离线编程是机器人发展的一个大的方向。

机器人离线编程误差，一般有TCP测量误差、工件几何与定位误差和机器人装配与绝※定位误差等。

（韦作潘 ）

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