焊接机器人的焊接质量怎么样?

焊接是工业生产中非常重要的加工方式,同时由于焊接烟尘、弧光和金属飞溅的存在,焊接的工作环境非常恶劣,随着人工成本的逐步提升,以及人们对焊接质量的精益求精,焊接机器人得到了越来越广泛的应用。

机器人在焊装生产线中运用的特点

焊接机器人在高质、高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用,其主要特点如下:

1.性能稳定、焊接质量稳定,保证其均一性

焊接参数如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定性作用。人工焊接时,焊接速度、干伸长等都是变化的,很难做到质量的均一性;采用机器人焊接,每条焊缝的焊接参数都是恒定的,焊缝质量受人为因素影响较小,降低了对工人操作技术的要求,焊接质量非常稳定。

2.改善了工人的劳动条件

采用机器人焊接后,工人只需要装卸工件,远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等;点焊时,工人不再需要搬运笨重的手工焊钳,从大强度的体力劳动中解脱出来。

机器人可一天24h连续生产,随着高速、高效焊接技术的应用,使用机器人焊接,效率提高地更加明显。

4.产品周期明确,容易控制产品产量

机器人的生产节拍是固定的,因此安排生产计划非常明确。

5.可缩短产品改型换代的周期,降低相应的设备投资

可实现小批量产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产。

一、FANUC控制系统概述

FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间,是奇瑞最早引进的焊接机器人,也是奇瑞公司最先用到具有附加轴的焊接机器人。

其控制系统采用32位CPU控制,以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度。采用64位数字伺服驱动单元,同步控制6轴运动,运动精度大大提高,最多可控制到21轴,进一步改善了机器人动态特性。支持离线编程技术,技术人员可通过离线编程软件设置参数,优化机器人运动程序。控制器内部结构相对集成化,这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜、易维护保养等特点。

二、FANUC控制系统内部结构分析

控制器是机器人的核心部分,实现对机器人的动作操作、信号通讯、状态监控等功能。下面以FANUC-F-200iB为例,对其控制系统内部结构和各部分的功能进行分析:

变压器向电源分配单元输入230V交流电,通过该单元的系统电源分配功能对控制箱内部各工作板卡输出210V交流电及±15V、+24V直流电。

由变压器直接向急停单元供电,并接入内部各控制板卡形成保护回路,对整个系统进行电路保护。

不仅提供伺服电机驱动和抱闸电源,并且与绝对值编码器实现实时数据转换,与主控机间采用光纤传输数据,进行实时信号循环反馈。4)输入/输出模块

标配为ModuleA/B,另外也可通过在扩展槽安装Profibus板、过程控制板与PLC及外围设备进行通讯。

整个控制系统的中枢部分,包括主板、CPU、FROM/SRAM组件及伺服卡,负责控制器内部及外围设备的信号处理和交换。

用来对紧急停止系统、伺服放大器的电磁接触器以及预备充电进行控制。

包括机器人编程在内的所有操作都能由该设备完成,控制器状态和数据都显示在示教盒的显示器上。

  图2 控制内部结构

机器人控制器断电检修后,对控制器送电,机器人报伺服故障,故障代码为SERVO-062。对此故障进行复位:按MENUS→SYSTEM→F1,[TYPE]→找 MASTER/cal→F3,RES_PCA →F4,YES 后,机器人仍然报伺服故障。

1) 机器人编码器上数据存储的电池无电或者已经损坏:拆卸编码器脉冲数据存储的电池安装盒,电池盒内装有4节普通1.5V的1号干电池,对每节电池的电压进行测量,均在1.4V以下,电池电压明显偏低,于是更换新电池,再次对故障进行复位,机器人仍然报SERVO-062故障。

2) 控制器内伺服放大器控制板坏:检查伺服放大器LED“D7”上方的2个DC链路电压检测螺丝,确认DC链路电压。如果检测到的DC链路电压高于50V,就可判断伺服放大器控制板处于异常状态。实际检测发现DC链路电压低于50V,所以初步判断伺服放大器控制板处于正常状态。 进一步对伺服放大器控制板上P5V、P3.3V、SVEMG、OPEN的LED颜色进行观察,确认电源电压输出正常,没有外部紧急停止信号输入,与机器人主板通讯也正常,排除伺服放大器控制板损坏。

3) 线路损坏:对机器人控制器与机器人本体的外部电缆连线RM1、RP1进行检查,RM1为机器人伺服电机电源、抱闸控制线,RP1为机器人伺服电机编码器信号以及控制电源线路、末端执行器线路、编码器上数据存储的电池线路等线路。拔掉插头RP1,对端子5、6、18 用万用表测量+5V、+24V控制电源均正常。接下来对编码器上数据存储的电池线路进行检查。机器人每个轴的伺服电机脉冲编码器控制端由1-10个端子组成,端子8、9、10为+5V电源,端子4、7为数据保持电池电源,端子5、6为反馈信号,端子3为接地,端子1、2空。拔掉M1电机的脉冲控制插头 M1P,万用表测量端子4、7,电压为0,同样的方法检查M2~M7电机全部为0,由此可以判断编码器上数据存储的电池线路损坏。顺着线路,发现正负电源双绞线的一端插头长期埋在积水中,线路已腐蚀严重。

2、故障处理:更换线路后复位,对机器人进行全轴零点复归“ZERO POSITION MASTER”,导入备份程序后恢复正常,故障排除。

做为日系机器人的主要品牌之一,其在控制原理上与其它品牌机器人大致相同,但其控制部分组成结构有着自己的风格,体现亚洲人的使用习惯,比较适合国内使用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚,但借鉴于国外的成熟技术,得到了迅速的发展。09年我公司与哈工大合作开发的奇哈机器人诞生,似乎看到了企业与科研合作的力量,觉得当企业进入的时候,特别是这种应用型企业开始参与设备的研究的时候,门就慢慢打开了。但焊接机器人是个机电一体化的高技术产品,单靠企业的自身能力是不够的,需要政府对机器人生产企业及使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持,加速我国国产机器人的发展。

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随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展,自动弧焊机器人工作站,从60年代开始用于生产以来,其技术已日益成熟,具有稳定和提高焊接质量、提高劳动生产率、改善工人劳动强度,可在有害环境下工作、降低了对工人操作技术的要求、缩短了产品改型换代的准备周期,减少相应的设备投资等优点,因此,在各行各业已得到了广泛的应用。尽管如此,机器人在焊接过程中,也难免出现焊偏、咬边、气孔等焊接缺陷,焊接机器人在长期的工作中也可能会出现各种故障,本文重点分析处理焊接缺陷和常见故障。

  机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊,焊接过程中出现的焊接缺陷一般有焊偏、咬边、气孔等几种,具体分析如下:

  (1)出现焊偏可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时,要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确,并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置,重新校零予以修正。

(2)出现咬边可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对,可适当调整功率的大小来改变焊接参数,调整焊枪的姿态以及焊枪与工件的相对位置。

  (3)出现气孔可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥,进行相应的调整就可以处理。

  (4)飞溅过多可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长,可适当调整功率的大小来改变焊接参数,调节气体配比仪来调整混合气体比例,调整焊枪与工件的相对位置。

  (5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑,编程时在工作步中添加埋弧坑功能,可以将其填满。

  (1)发生撞枪。可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确,可检查装配情况或修正焊枪TCP。

  (2)出现电弧故障,不能引弧。可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小,可手动送丝,调整焊枪与焊缝的距离,或者适当调节工艺参数。

  (3)保护气监控报警。冷却水或保护气供给存有故障,检查冷却水或保护气管路。

  作为示教一再现式,要求工件的装配质量和精度必须有较好的一致性。

  应用应严格控制零件的制备质量,提高焊件装配精度。零件表面质量、坡口尺寸和装配精度将影响焊缝跟踪效果。可以从以下几方面来提高零件制备质量和焊件装配精度。

(1)编制焊接机器人专用的焊接工艺,对零件尺寸、焊缝坡口、装配尺寸进行严格的工艺规定。一般零件和坡口尺寸公差控制在±0.8mm,装配尺寸误差控制在±1.5mm以内,焊缝出现气孔和咬边等焊接缺陷机率可大幅度降低。

  (2)采用精度较高的装配工装以提高焊件的装配精度。

  (3)焊缝应清洗干净,无油污、铁锈、焊渣、割渣等杂物,允许有可焊性底漆。否则,将影响引弧成功率。定位焊由焊条焊改为气体保护焊,同时对点焊部位进行打磨,避免因定位焊残留的渣壳或气孔,从而避免电弧的不稳甚至飞溅的产生。

  焊接机器人对焊丝的要求

  机器人根据需要可选用桶装或盘装焊丝。为了减少更换焊丝的频率,机器人应选用桶装焊丝,但由于采用桶装焊丝,送丝软管很长,阻力大,对焊丝的挺度等质量要求较高。当采用镀铜质量稍差的焊丝时,焊丝表面的镀铜因摩擦脱落会造成导管内容积减小,高速送丝时阻力加大,焊丝不能平滑送出,产生抖动,使电弧不稳,影响焊缝质量。严重时,出现卡死现象,使机器人停机,故要及时清理焊丝导管。

  (1)选择合理的焊接顺序。以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。

  (2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。

  (3)优化焊接参数。为了获得*佳的焊接参数,制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。

  (4)合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后,若焊缝不是理想的位置与角度,就要求编程时不断调整变位机,使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置,同时,要不断调整机器人各轴位置,合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后,焊枪相对接头的位置通过编程者的双眼观察,难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。

  (5)及时插入清枪程序。编写一定长度的焊接程序后,应及时插入清枪程序,可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴,保证焊枪的清洁,提高喷嘴的寿命,确保可靠引弧、减少焊接飞溅。

  (6)编制程序一般不能一步到位,要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序,调整焊接参数及焊枪姿态等,才会形成一个好程序。

  运行成本及管理分析

  进口机器人价格较高,应努力从各方面降低运用成本。润滑油可以在国内寻找性能、效用相同的低价替代品。焊接过程加强维护,提高易耗件如喷嘴、导电嘴等的使用寿命。另外,对机器人系统进行预防性的维护,可以有效提高元器件的使用寿命。

  高素质的管理人员、技术人员和操作人员是机器人充分发挥效率的必要条件。一个企业焊接机器人使用的好坏,很大程度在于人,因此要保证有一支稳定的工作队伍。

----- 本文来自于网络。

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