任小康（北京汽車制造廠有限公司,河北滄州061100）

汽車焊裝中機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

任小康
（北京汽車制造廠有限公司,河北滄州061100）

摘要：機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的出現(xiàn)，給工程機(jī)械、汽車制造等行業(yè)帶來了巨大的變革，尤其是汽車制造行業(yè)，已然成為目前機(jī)器人焊接仿真技術(shù)應(yīng)用最多的領(lǐng)域。本文首先對汽車焊裝機(jī)器人仿真技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，然后分析了機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的優(yōu)勢，最后就汽車焊裝中機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的應(yīng)用作了進(jìn)一步探討。

關(guān)鍵詞：汽車焊裝；機(jī)器人焊接；仿真技術(shù)??

機(jī)器人焊接仿真技術(shù)在處理程序繁瑣、動作復(fù)雜的焊接操作時具有十分明顯的優(yōu)勢，且其具有較高的柔性度，產(chǎn)品適應(yīng)能力強(qiáng)，可達(dá)到產(chǎn)品快速切換的效果。在汽車焊裝中應(yīng)用機(jī)器人焊接仿真技術(shù)，可以大大提高企業(yè)的核心競爭力。

1汽車焊裝機(jī)器人仿真技術(shù)概述

1.1汽車焊裝機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡介

焊接機(jī)器人一般是六軸式結(jié)構(gòu)，具體包括以下部分：1）機(jī)座。機(jī)座是焊接機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，具有支撐作用。其中，固定型機(jī)器人直接安放在地面上，而移動型機(jī)器人需要安設(shè)在移動結(jié)構(gòu)上；2）臂部。臂部起到連接機(jī)身與手腕的作用，它可以調(diào)整手部的空間位置，輔助機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，同時將各類載荷轉(zhuǎn)移至機(jī)座；3）手腕。手腕起到連接手部與手臂的作用，它可以調(diào)整手部的空間方向，同時將手部荷載傳遞至手臂；4）手部。手部是裝載操作機(jī)構(gòu)的部分，機(jī)器人的各類焊接作業(yè)都要通過手部來完成。

1.2汽車焊裝機(jī)器人焊接仿真的工作流程

以日本松下的焊接機(jī)器人為例，該系列機(jī)器人大多是示教再現(xiàn)式機(jī)器人，示教即通過人工導(dǎo)引、示教盒等方式使機(jī)器人完成某種動作，該動作可以被示教程序自動編程并保存在控制系統(tǒng)之中，當(dāng)運(yùn)行該程序時，便可使機(jī)器人反復(fù)再現(xiàn)這一動作。對機(jī)器人進(jìn)行焊接操作的示教以后，機(jī)器人可按預(yù)先設(shè)計(jì)好的動作順序來執(zhí)行焊接任務(wù)。松下企業(yè)十分注重焊接機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性和安全性，運(yùn)用當(dāng)前較為先進(jìn)的DTPS離線編程仿真軟件，可在計(jì)算上對相關(guān)參數(shù)及數(shù)據(jù)模型加以修改、設(shè)定，從而使機(jī)器人更可靠地完成焊接仿真模擬工作。

2機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的優(yōu)勢

制造行業(yè)的焊接動作比較復(fù)雜、焊接程序較為繁瑣，加之生產(chǎn)裝置的柔性特征和汽車市場的需求性，在制造行業(yè)引進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢明顯的機(jī)器人焊接仿真工藝十分有必要。機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的具體優(yōu)勢如下：首先，機(jī)器人焊接仿真技術(shù)可借助虛擬方式對實(shí)際焊機(jī)場景進(jìn)行模擬，克服了運(yùn)用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)、理論方法無法對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行有效分析、判斷的缺陷。其不僅提高了焊接的質(zhì)量和效率，而且最大程度上減少了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，對可能出現(xiàn)的重大經(jīng)濟(jì)、技術(shù)損失起到了很好的防范作用。其次，機(jī)器人焊接仿真技術(shù)可充分利用數(shù)字樣機(jī)，開展綜合性的模擬焊接實(shí)驗(yàn)，這樣就能大大提高模擬焊接的實(shí)效性，并且能夠降低由設(shè)計(jì)變更與模擬實(shí)驗(yàn)所引起的成本支出。最后，機(jī)器人焊接仿真技術(shù)可以避免不必要的設(shè)計(jì)變更，降低焊接次數(shù)，因此能夠有效地縮減交貨付款時間。

3汽車焊裝中機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1汽車減振器的焊接方案

在汽車制造領(lǐng)域，機(jī)器人焊接仿真技術(shù)主要用于完成高性能、長壽命的汽車減振器的設(shè)計(jì)工作。在確定焊接方案時，需要對顧客需求、焊縫位置以及工件的產(chǎn)量、種類等加以綜合考慮，從而得出最佳設(shè)計(jì)方案。通常情況下，汽車減振器焊接為機(jī)器人CO2焊接工藝，選用雙機(jī)器人、雙工位型焊接布局，這樣可以進(jìn)行雙工位的交叉作業(yè)，且各工位為雙軸變位機(jī)構(gòu)，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)作的安全性、穩(wěn)定性。

3.2焊接系統(tǒng)的仿真模擬

（1）確認(rèn)機(jī)器人操作范圍與焊槍角度。在設(shè)計(jì)一些焊接程序比較復(fù)雜的工件時，不能僅憑操作人員的主觀判定，或隨意編制焊接方案，否則會增加焊機(jī)操作的失誤率，使企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。可通過DTPS軟件對機(jī)器人的焊接動作進(jìn)行模擬，在計(jì)算機(jī)上完成焊槍角度的調(diào)整，并熟悉機(jī)器人的焊接動作路線及活動范圍，分析機(jī)器人運(yùn)作時可能遇到的干擾因素，對焊接方案的可靠性做出客觀、真實(shí)的評估。然后，在此基礎(chǔ)上，不斷調(diào)整方案設(shè)置，對其進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，最終使該方案具有足夠高的穩(wěn)定性與可靠性。

（2）機(jī)器人節(jié)拍計(jì)算及協(xié)調(diào)模擬。為了妥善處理成本與效率兩者的關(guān)系，提高焊接系統(tǒng)的工作效率與水平，可令多臺機(jī)器人同步開展作業(yè)，但機(jī)器人數(shù)量并非越多越好，在確定機(jī)器人的具體數(shù)量時，必須對多方面因素加以統(tǒng)籌考慮?？衫肈TPS軟件，在系統(tǒng)終端完成相關(guān)示教編程，并借助軟件的實(shí)時監(jiān)控和播放功能，分析各機(jī)器人之間操作的協(xié)調(diào)性，確認(rèn)其是否存在沖突，然后將焊接速率、焊接效率等一一記錄下來。值得注意的是，顧客對于節(jié)拍、效率等參數(shù)通常有較嚴(yán)格的要求，因此在進(jìn)行焊接模擬仿真之前，要事先咨詢客戶對節(jié)拍方面的要求，以防因意見分歧而產(chǎn)生矛盾。此外，有關(guān)技術(shù)部門應(yīng)將程序的播放過程錄制下來，并保存相關(guān)視頻資料，從而為后期的模擬仿真研究提供參考。

（3）離線編程。通過DTPS仿真模擬軟件在計(jì)算機(jī)端進(jìn)行離線焊接程序編制，并將程序輸入、保存到機(jī)器人控制系統(tǒng)的存儲單元之中，當(dāng)需要實(shí)際焊接時，可令系統(tǒng)運(yùn)行該程序，從而提高示教效果。由上述分析不能發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)多工件的焊接方案時，可利用DTPS離線編程，安排多人分工合作，這樣不僅有利于提高現(xiàn)場資源利用率，縮減示教所需時間，還能有效提升焊接方案的質(zhì)量與效率。運(yùn)用本系統(tǒng)，可對長度在100~500mm之間的工件焊接方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，可充分體現(xiàn)離線編程的優(yōu)勢所在。

對于質(zhì)量、精度及一致性較差的厚板工件，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場焊接的跟蹤及監(jiān)控?；贒TPS軟件較為豐富的功能，可在離線編程時植入接觸傳感、電弧傳感等先進(jìn)功能，并將示教程序?qū)霗C(jī)器人的核心控制系統(tǒng)之中。這樣在開展現(xiàn)場焊接時，能夠直接調(diào)出程序并加以演示，從而改善厚板工件的焊接質(zhì)量。

4結(jié)論

隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的性能將更加強(qiáng)大、成本更加低廉，機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的應(yīng)用也會越來越普及。我國在向汽車制造強(qiáng)國邁進(jìn)的過程中，必須重視機(jī)器人焊接仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用，使其在提高焊接質(zhì)量、減小焊接成本、實(shí)現(xiàn)焊接自動化方面發(fā)揮更大的作用。

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