机器人焊接新技术

自从该技术被发明以来，几种焊接一直是工业机器人的第一应用。

据国际机器人联合会称，世界上50%的机器人都用于焊接。具体而言，33%用于点焊，16%用于电弧焊，1%用于其他类型的焊接操作。

使用六轴机器人，装配工可以更好，更快，更一致，更安全地焊接零件。并且，近年来焊接机器人的能力已经大大提高，即使它们变得更容易使用并且部署成本更低。曾经仅属于汽车原始设备制造商和其他大型制造商的技术现在已经在中小型企业的范围内。

因此，据市场研究公司Technavio称，到2019年，焊接机器人的全球市场预计每年将增长6.09%。

机器人激光焊接

在汽车行业需求的推动下，激光焊接是六轴机器人发展最快的应用之一。Comau LLC的材料和技术总监Mark Anderson表示，汽车制造商面临着减轻车辆重量的压力，激光焊接在几个方面解决了这个问题。

例如，为了减轻重量，汽车制造商越来越多地将液压成型管用于各种底盘部件。将金属板连接到这种管上会给电阻点焊带来问题，这需要接近组件的两侧。激光焊接不具有这种限制。它只需要访问组件的一侧。

此外，由于激光束的焦点非常小，用于搭接接头的部分法兰可以比用于电阻点焊的部分法兰更窄，Anderson说。金属越少意味着重量越轻，成本越低。

“点焊枪的端盖直径可能是0.25英寸，”他解释道。“这意味着法兰必须至少10或12毫米宽。使用激光焊接，您可以获得直径为1毫米的光斑尺寸。现在，您的法兰可以只有3或4毫米宽。这节省了50%的材料。“

减少车辆重量的需求还使汽车制造商将车身与各种厚度的各种材料组装在一起。有一段时间，门板的所有部件都可能是用同一卷钢板冲压而成的。今天，同样的门板可能由五种不同厚度的不同材料组成。

激光焊接也可以帮助应对这一挑战。“激光束可以比GMAW [气体金属电弧焊接产生更多的热量”，“ABB机器人技术公司焊接和切割市场开发经理Mark X. Oxlade说。“在这些更高的温度下，不同的材料可以更容易地连接起来。”

由于臂端工具(EOAT)的尺寸，电阻焊接需要相当大的机器人，具有高负载能力，大约100到250磅。另一方面，GMAW的工具更小更轻，因此有效载荷能力为20到40磅的机器人就足够了。

安德森说，激光焊接处于中间位置。目前，激光光源本身 - 光纤，二极管或光盘激光器 - 不是EAOT的一部分。相反，激光器远离机器人，并且光束通过光缆传送到EAOT。因此，机器人仅需要携带各种光学器件(激光头)，电缆和辅助工具，例如压力轮，以帮助在焊接期间将部件夹在一起。因此，装配工可能只需要一个有效载荷为60至90磅的机器人。

另一方面，具有较低有效载荷能力的机器人通常也具有较短的范围。因此，如果需要更大的工作范围，装配人员可能希望升级到更高容量的机器人。

激光焊接机器人的服装包装类似于其他类型的焊接机器人，除了光纤电缆替代电缆。

“用于激光焊接的服装包装需要一些小心的设置，可能比电阻点焊更为重要，”安德森警告说。“必须遵守弯曲半径限制，并且电缆不能受到冲击。”

Trumpf Inc.和IPG Photonics Corp.等激光供应商正在与机器人原始设备制造商密切合作，以便两种技术和谐地协同工作。例如，ABB开发了一种接口，使Trumpf的可编程聚焦光学(PFO)激光头能够通过ABB的机器人控制器而不是外部PC进行控制。

“这可以大大缩短周期时间，”Oxlade说。“典型循环时间的三分之一到三分之二可以完全被这种能力侵蚀。从历史上看，您曾经不得不移动到一个点，焊接它，移动到另一个点等等。现在，该软件只是让您可以将其作为一次扫描，这样可以节省大量的周期时间。“

PFO将激光束定位在两个旋转镜上，以最大限度地提高处理和定位速度，并缩短整个循环时间。激光束可以放置在处理空间内的任何预定位置，或者可以在任何轮廓上引导。无需移动工件或聚焦光学元件即可进行点焊，缝焊，连续缝焊和切割。

PFO可用于脉冲和连续波固态激光器。不同的焦距范围从90到1,200毫米，可实现不同的处理区域尺寸。

处理可以“在运行中”完成，以最小化由于机器人和扫描仪移动的重叠导致的定位时间。根据焦距，可以实现从56乘56毫米到406乘630毫米的工作区域。

使用PFO，激光光斑的摆动运动可单独调节，以实现最佳焊缝质量，包括导热焊接和深熔焊接。

“激光束非常薄，”Oxlade解释道。“因此，如果它没有完全达到标记，质量就会降低。使用PFO，您可以漫射光束。你可以抖动和摆动光束，有点像在弧焊中编织。“

因此，即使部件的定位偏离一点点，仍然可以生产高质量的焊接。

机器人弧焊

虽然机器人激光焊接最近引起了很多关注，但近年来机器人弧焊技术也有了显着的提高。

例如，ABB最近在其机器人焊接技术平台上增加了TIP TIG工艺。该工艺由TIP TIG International AG开发，是一种气体保护钨极电弧焊(GTAW)的变体。代替以连续速率将填充焊丝供应到焊池中，进料器来回搅动焊丝。由二次电源提供的电流也施加到填充焊丝上。

众所周知，GTAW对于六轴机器人来说非常困难，因为焊接前的零件装配必须精确且可重复，Oxlade解释道。

“振动填充焊丝使得工艺对零件的配合更加宽容，并且更容易润湿接头的侧面，”他说。“还有其他好处，例如较低的热量输入和较高的行驶速度。通常情况下，GTAW非常慢，但使用机器人TIP TIG，你可以达到GMAW的速度。“

无论机器人是用于GTAW还是GMAW，专家都会推荐专门为此任务设计的机器。

一个很好的例子是来自FANUC America Corp.的ARC Mate 100iC / 8L。去年秋天推出的这款机器人具有2,028毫米的距离和8千克的有效载荷。

与所有FANUC机器人一样，ARC Mate 100iC / 8L与公司最新的R-30iB控制器配合使用，具有集成的智能功能，如视觉和集成二级控制，Roboguide Simulation以及DCS速度和位置检查软件。

除了8L型之外，ARC Mate 100iC系列还包括12型，具有1,420毫米范围和12千克有效载荷，7L型号具有1,632毫米范围和7千克有效载荷。机器人可以安装在地板上，头顶上或成一定角度，并且可以翻转接头3。

“我们设计100iC系列的主要目标之一是创造一个具有紧凑尺寸的机器人，但最大范围和行程可以到达任何部件周围，并将割炬定位到零件的不同区域，”总经理Mark Scherler说道。在FANUC America Corp.加入材料

Scherler说，所有100iC机器人都有一个空心手腕，简化了电缆和电子管的布线，消除了电缆管理问题。与外部安装在机器人手臂上的传统礼服包相比，ARC Mate 100iC的内部布线使礼服包能够跟随机器人的运动范围，简化了编程并消除了弯曲，钩住或断开电缆的烦恼。

ARC Mate 100iC机器人和R-30iB控制器可集成在焊接系统中，包括焊枪电缆，送丝机和焊接电源。FANUC与焊接设备供应商林肯电气公司密切合作，在机器人控制器和焊接电源之间开发了基于以太网的接口-ArcLink XT。

“因此，机器人弧焊应用的所有设置工作都可以通过机器人的示教器来完成，”Scherler解释说。“电源无需额外编程。”

机器人电弧焊的另一项新技术是“无夹具焊接”。通常，机器人电弧焊需要将部件刚性且精确地定位在昂贵的夹具中，该夹具通常仅针对该应用而设计。

通过无夹具焊接，基座部件可以牢固地安装在更简单的夹具中。然后，设计用于物料搬运的视觉引导六轴机器人拾取待焊接部件，将其固定在基座部件上，并在100iC弧焊机器人执行任务时将其固定在那里。

“通过无夹具焊接，您的资本成本会下降。你没有为每项工作建造特殊的固定装置。它为您提供了更大的灵活性，“Scherler说。