焊接机器人在白车身工艺中的应用_数码_

光纤激光焊接在白车身生产中的应用

[摘要]焊接机器人的应用给汽车白车身的形成工艺带来了极大便利，文章对焊接机器人技术进行了介绍，随后结合汽车白车身的焊接工艺，对焊接机器人在准备、布局和控制三个主要方面在车身形成过程中的应用进行了分析研究，研究结果对未来焊接机器人在汽车工业中的进一步应用提供了相关思路。

中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0353-01

前言

随着自动化工业机器人技术的不断发展，其在汽车产业中的应用也逐渐变多，汽车产业竞争激烈，对于自动化和智能化的要求也越来越高。从定义上来说，汽车车身是汽车系统的外围保护结构[1]，其可靠性将决定汽车的整体性能，利用焊接机器人对汽车零散的冲压件进行整体焊接，可以节约人力成本，增强工作效率，提高汽车车身的可靠性。

焊接机器人技术

焊接机器人是传统的焊接技术和智能自动化机器人科技结合的产物，在飞机、汽车和轮船等国之重器制造中扮演了重要的角色，目前的焊接机器人已经能够进行自我编程，自适应应用于不同的科技需求环境中。技术角度，在自动化焊接当中，机器人将应用计算科学、控制学、几何结构学和传感器技术。

控制器方面，目前的焊接机器人主要应用开放式的控制终端，高速的工业计算机便可以为焊接机器人提供开发和指令控制平台，工控机拥有标准的操作系统和控制语言，能够和硬件搭建良好的接口，工控机的网络协议还方便进行控制单元的数据共享，并且可以使用远程软件进行操作，工控机外部接入键盘和硬盘，通过总线系统链接传感器、处理器、轨迹追踪器和实时监测器。

焊接机器人在工作当中，传感器的作用非常大，起到了接收外部信号，及时通知机器人控制器，调整机器人工作状态等作用，是焊接过程的指令传导接口，目前比较常用的焊接传感的功能包括电弧跟踪传感功能、激光跟踪傳感功能等。在传感器技术基础之上，编程和路径规划技术也在焊接机器人上得到了充分的使用。由于焊接过程的复杂性，外界的系统环境发生变化的速率比较快，因此将技术着眼点放于全自动编程可以达到更好的焊接效果，功能上主要包括焊缝状态的自动捕捉，焊接次序的规划，焊接参数、焊接路径和机器人姿态的自动设置等。

汽车白车身焊接工艺

汽车白车身指的是已经焊接完毕但未进行涂装的车身，但这里不包括四门两盖等运动件。现代汽车白车身焊接工艺复杂，目前的焊接过程主要指的是将各种冲压件通过焊接的方式装配成完整并且搭建合格的白车身，车身占据整车的比重达到25%，是保护车内系统、乘坐人员的基本载体，因此良好的焊接工艺对于汽车的整体形成作用巨大[2]。

目前，传统的焊接装备包括悬挂式电焊机、固定式电焊机、二氧化碳气体保护焊机等，车身的焊接工艺评价指标很多，主要包括两点，首先是搭接技术，搭接指的是车身形面和形面的搭接，制件和制件的搭接，不良的搭接效果会影响汽车形面的匹配精度，从而影响车身质量，以至于影响焊接结果的可行性、操作性和装配性。另外一点是基准系统，制件的基准系统是制件用于定位的基准面、孔等，系统的形成贯穿于整个车身的焊接过程，需要保证车辆尺寸达到相应的技术要求。

电阻焊方法中，汽车的车身总成、车身侧围和小型板类零件主要采用的是单点焊，车身的底板、车门和发动机机盖主要采用的是多点焊，车身顶盖流水槽和油箱总成用的是缝焊，螺母和小支架主要用的是凸焊。其他的焊接方法在焊接工艺上略有区别，电阻焊相对来说是应用最为广泛的焊接方式。在焊接的过程中，由于汽车的零件刚性比较差，因此需要采用多点定位夹紧的专用夹具来配合使用，保证零件或者合件在焊接位置处的贴合和位置互换，特别是一些孔洞的位置，在进行焊接作业，往往也需要把汽车划分成不同的系统，进而划分成不同的合件和组件，而车身的装焊顺序则是以上过程的逆序过程。

应用研究

为了提高生产效率，减少劳动强度，增强焊接质量，焊接机器人逐渐在汽车白车身形成工艺中得到应用，可以在汽车焊接工作中提高生产规模和汽车质量。汽车车身的结构和工艺会直接影响到在汽车的安全系数。一辆小型轿车，其车身是由几十个总成和数百个薄板冲压形成的，需要经过点焊、弧焊、激光焊、钎焊、铆接和机械连接等一系列过程。利用汽车焊接机器人可以让这些过程变得智能简单。汽车用焊接机器人主要包括机器人本体，本体控制器，焊接控制器，自动修磨机，气动焊接钳和水气供应系统。

在利用焊接机器人对汽车车身进行焊接之前，首先需要利用焊接仿真软件对工艺进行计算设置，以得出最佳的焊接方案，焊接仿真软件可以植入到控制计算机之中，利用软件进行控制，可以节约汽车企业的焊接准备成本，同一条生产线可以进行多种不同汽车的焊接工作。包括工位的确定，焊点的分配，机器人的选型，数字模型的导入，整体布局分析，焊接轨迹模拟以及仿真结果分析。

在焊接开始之前需要确定的是焊接机器人的有效负载，也就是在焊接工艺和匹配焊接对象的过程中，机器人可以携带的焊枪和端拾器的能力，其次是机器人的运动范围，工作对象必须在机器人的运动范围内，可以由工程师手动设置，也可以用远端控制器进行设置。机器人重复定位精度也需要得到充分的保证，一般来说，机器人进行1000次往复焊接作业的误差不可以超过0.3mm。

在设置好焊接机器人之后，需要进行每个工位机器人数量的布局，此时，需要注意细节的位置设置，焊接夹具和车身的安装位置必须正确，机器人与车身需要使用相同的坐标系原点以确定机器人的零点位置。机器人的位置确定之后便可以进行离线编程，如前文所介绍，离线编程对于焊接机器人的工作来说非常重要，该类编程方式发出的指令比较简单，并且可以随时修改轨迹点，动作指令主要包括动作形式、位置数据、进给速度和定位路径等[3]。

焊接控制系统是焊接工作的核心，自动化设备和集成技术决定了整体的焊接技术性能。控制框架的模式图如图1所示。

控制架构包括主控制柜，主要作用是安置PLC控制单元、网络交换机和控制电源，是控制系统的终端核心，维修工作站里面含有控制电脑，可以读取PLC的控制软件。通过编程和软件控制可以对设备的运行状态进行监察，查找并排除焊接机器人的故障，人机交互界面主要是给现场的工程师使用，工艺控制器主要是用于零件的运送传输，焊接控制器用来自适应控制好焊接作业，输送系统控制柜则用于车身滑撬系统的输送控制。PLC、输送设备、夹具、机器人、焊接工艺设备、监视器和工艺设备之间通过IP网络来进行数据的交换，PLC控制工艺设备完成工艺动作的完成，多个机器人之间同样通过网络传输来完成通信，用来进行大型复杂组件焊接。

总结

和传统的人工焊接相比，焊接机器人有着自动化程度高、效率高、可靠性好的有点，而随着工业自动化水平的不断发展，焊接机器人的技术也将进一步走向成熟，更多的服务于汽车车身的形成工艺中，未来的技术着眼点将在焊接机器人本身，提高机器人实用性的同时降低使用成本，进一步扩大焊接机器人的使用范围。

参考文献

[1] 张振.汽车白车身焊接质量影响因素（J）.科技展望.2016.55.

[2] 吴林，张广军，高洪明.焊接机器人技术（J）.2006.29-35.

[3] 辛攀攀.基于PLC的汽车焊接机器人控制研究（J）.科技创新与应用.2016.36.

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