焊接机器人的控制原理及应用

焊接机器人的控制原理及应用（共8篇）

焊接机器人的控制原理及应用 篇1

焊接机器人的控制原理及应用

焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备，是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式。在大三上学期的认识实习过程中，已经在长力机械厂有所接触。焊接机器人采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志己被国内许多工厂所接受，并且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。

一、我国焊接机器人技术的发展历史

焊接机器人技术的发展我国开发工业机器人晚于美国和日本，起于20世纪70年代，早期是大学和科研院所的自发性的研究。到80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品，在汽车行业得到了广泛的应用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容，这样就把机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方向。

与此同时于1986年将发展机器人列入国家“863”高科技计划。在国家“863”计划实施五周年之际，邓小平同志提出了“发展高科技，实现产业化”的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家“八五”和“九五”中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下，我国焊接机器人的研究在基础技术、控制技术、关键元器件等方面取得了重大进展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。

二、焊接机器人的组成

常规的弧焊机器人系统由以下5部分组成。

1、机器人本体，一般是伺服电机驱动的 6 轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端（悍枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。

2、机器人控制柜，它是机器人系统的神经中枢，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。

3、焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。

4、焊接传感器及系统安全保护设施。

5、焊接工装夹具。

三、焊接机器人工作站的工作原理

焊接机器人工作站正常运行的中枢是其控制柜中的计算机系统。焊接机器人工作站通过计算机系统对焊接环境、焊缝跟踪及焊接动态过程进行智能传感，根据传感信息对各种复杂的空间曲线焊缝进行实时跟踪控制，从而控制焊枪能够实现规划轨迹运行，并对焊接动态过程进行实时智能控制。由于焊接工艺、焊接环境的复杂性和多样性，焊接机器人工作站在实施焊接前，应配备其焊接路径和焊接参数的计算机软件系统。该软件要对焊缝空间的连续轨迹、焊接运动的无碰路径及焊枪姿态进行规划设计，并根据焊接工艺来优化焊接参数。

四、焊接机器人使用过程中的安全要求

焊接机器人能够代替人类在危险、有害的恶劣环境中作业，同时又带来了另一种潜在的危险，即机器人伤人事故。为此，在焊接机器人在线运行时，绝对不能有人进入其运动安全范围所在区域，并且其运动区域内应该保证无干涉，这是焊接机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安全规程外，还要注意焊接机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。例如现在我们正在使用的安全措施：

1、为焊接机器人及其周边设备安装安全防护栏，以防止有人进入危险区域造成意外伤害；

2、在安全护栏入口的安全门上设置插拔式电接点开关，该开关与焊接机器人的安全回电路相连接，一旦安全门打开，机器人控制器将切断机器人的驱动电源，机器人立即停止运动；

3、在距焊接机器人所在工位最近的地方，安装多个紧急停止开关，一旦发生紧急或危险情况，工作人员可以就近按下急停，让机器人停止运动；

4、示教作业时降低焊接机器人的运动速度，并由经过专业技术操作培训的人员进行示教；

5、焊接机器人安全电路与生产线安全电路联为一体，当生产线遇到紧急情况时，生产工人可以按下该线上任何工位的紧急停止开关，让机器人停止运动；

五、焊接机器人的应用

我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早的用户，汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76%。在汽车行业中，点焊机器人与弧焊机器人的比例为3：2，而其他行业大都是以弧焊机器人为主。20世纪90年代以来，先进技术、生产设备及工艺装备的引进使我国的汽车制造水平讯速提高到规模化生产，国外焊接机器人大量进入中国。我国的焊接装备水平、前后道工序设备的制造水平及系统集成能力与国外仍然存在很大差距，这直接制约了机器人在国内其它行业的发展。

六、焊接机器人的应用技术分析 1.机器人与焊接设备共同发展

焊接机器人应用技术是机器人技术、焊接技术和系统工程技术的融合，焊接机器人能否在实际生产中得到应用，发挥其优越性，取决于这几方面技术的共同提高，而系统工程技术是机器人技术和焊接技术的粘合剂。以安川电机的MOTOMAN机器人为例，过去几代机器人的发展都是围绕焊接设备完成多项焊接专用功能的开发，如焊接参数的渐变调节功能、TIG焊接时利用摆焊同步技术进行的断续填丝焊接功能、弧焊传感器（电弧跟踪）功能及焊接实时监控功能等，都是焊接工艺的需求促使下的开发。

同样地，焊接设备制造商为了实现机器人自动化焊接，在焊接电源的设计上也做了许多改进，如、机器人可检出焊缝位置使用的高电压，焊接电源做到了内置；与机器人的通信接口方面，现在许多焊机制造商都采用了方便快捷的通信接口。

2.焊接机器人提高精度

企业在生产中应用机器人意味着追求高效率、高焊接质量，因此各机器人厂家都在焊接速度上寻求突破，而机器人在轨迹控制上的高精度是高速焊接的可靠保证。

MOTOMAN机器人在新一代控制器NX100中，应用ARM（Advanced Robot Motion）控制技术将各轴的惯性矩、重力矩、机器人安装位置等因素纳入运动控制计算，大大提高了运动轨迹的精度。如，在焊接工作站中，我们会遇到各种机器人安装形式（如图1a），在每种安装方式中，机器人各轴所受的重力矩各不相同，我们只要在ARM控制中正确地设置机器人对地面的角度，就会克服各种安装方式对轨迹精度造成的不利影响。

3.双机协调焊接功能

有时我们会遇到长形工件，焊缝分布在工件的两端，若采用1台机器人进行焊接，会出现因两端不同时焊接而造成焊接变形不一致，从而使工件在长度方向上扭转变形，焊接后的工件难以符合尺寸要求。针对这种类型的工件，我们常采用2台机器人同时协调焊接的方式，这就促生了两台机器人双机协调焊接技术。在汽车后桥和消声器的焊接中，经常会使用到该项技术。

此外，焊接机器人的实用功能还有很多，并已经过实践的检验，为提高焊接生产效率和焊接质量带来了明显的效果。同时，每个机器人厂家对各种功能的开发也各有特点，可以说，在这个舞台上，各种各样的先进技术始终在不断涌现，异彩纷呈。

七、焊接机器人的发展展望

在新的历史时期，面对新的机遇和挑战，只有一方面紧跟世界科技发展的潮流，研究与开发具有自主知识产权的焊机机器人设备；另一方面，仍然通过引进和消化，吸收一些现有的先进技术，踩在别人的肩膀上，尽快缩短和别人的差距。并通过应用研究和二次开发，实现技术创新和关键设备的产业化，提高我国制造业在国际竞争舞台上的地位。

焊接机器人的控制原理及应用 篇2

ABB机器人硬件系统是由两部分组成, 即机器人本体和控制柜。

1.1机器人本体。机器人本体是由六个转轴组成的机构, 每个转轴都带有一个西门子生产的交流伺服电机。同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器, 驱动器根据反馈值与目标值进行比较, 调整转动的角度, 机器人运动精度达到±0.05mm~±0.2mm。编码器与串口测量板 (SMB) 连接, 每个交流伺服电机都有单独的供电和编码器测量线路。串口测量板主要起接收六个轴编码器位置参数的作用, 并通过串口测量板与控制柜计算机系统通信, 调整机器人运行。1.2控制柜组成。机器人控制柜由机器人直流供电系统, 输入输出系统, 安全系统, 计算机控制系统, 伺服驱动系统等, 散热冷却系统组成。1.2.1机器人直流供电系统。机器人直流供电单元-DSQC506将输入220V交流电转换为输出24V, 15V直流电, 为机器人驱动系统、I/O板单元、安全板、串口测量板等设备供电;计算机直流供电单元DSQC505将24V直流电转换为相应5V、3.3V、12V直流电, 为机器人内部计算机系统提供电源。主计算机通过系统监控总线SMBus监控所有直流输出;电池组单元-DSQC508由控制卡, 电池组, 测试电阻三部分组成。控制卡是电池微处理管理板。电池组是由带温度传感器的可充电镍铬电池组成, 输入24V直流, 输出21.6V直流, 当机器人关机输入交流电压小于180V时, 并超过20ms, 电池组开始放电, 为机器人系统备份提供电力。机器人通过温度检测控制充电状态, 并每周一次通过测试电阻放电自检电池状态。主计算机通过系统监控总线监控电池组电力、充电状态、电池功能与电池状态。1.2.2计算机控制系统。机器人计算机系统如图1所示, 由主计算机板DSQC500、轴计算机板DSQC503、I/O计算机板DSQC522、底板DSQC501、快速硬盘DSQC518、计算机直流供电单元DSQC505、电池组单元DSQC508、冷却风扇等组成。主计算机, 轴计算机, I/O计算机通过底板连接, 快速硬盘安装在主计算机板上。计算机系统支持1-2块I/O计算机板和1-3块轴计算机板。每块轴计算机板最多控制7个轴, 调整各轴的速率和转矩, 轴计算机从主计算机接收位置数据, 从串口测量板接收当前位置信号, 计算机使用这些数据计算调整后输出位置信号至驱动系统。当计算机系统工作时通过外部基础连接板DSQC504与驱动系统通信, 输出运动指令, 驱动驱动器运行, 并接收串口测量板反馈信号, 计算机器人运动位置, 并发出下一指令。1.2.3伺服驱动系统。伺服驱动系统由计算机系统控制, 对位置、速度和电机电流进行数字化调整, 对电机的交流控制进行同步。机器人通过计算机系统发出运动指令, 控制驱动器使机器人运动, 并从串口测量板连续地接收机器人新的位置数据, 输入位置调整器中, 与先前的位置数据进行比较和放大, 输出新的位置和速度控制参数。同时系统会根据重力、运动时的转动惯量和轴之间的相互作用, 不断地计算和优化调整参数。驱动单元由驱动供电单元 (DC LINK) 和三个驱动器组成。每个驱动器控制2个轴的交流伺服电机, 1、6轴, 2、4轴, 3、5轴各共用一个驱动器。1.2.4安全系统。机器人安全系统是基于安全控制的双电子安全链, 每一条电子安全链都是由若干个开关串联组成的运行链, 机器人只有在所有开关都闭合的情况下, 才能使机器人设置MOTOR ON模式, 机器人只有在MOTORON状态下才能给伺服电机上电。如果安全链一旦断开, 机器人就转换成MOTOR OFF模式, 机器人伺服电机掉电, 只有复位停止信号机器人才能再次上电。安全面板DSQC509的主要功能是监控双电子安全链, 各开关状态都显示在安全面板DSQC509的LED指示灯和示教器的显示器上, 观察这些状态就可以判断出停止信号的来源。控制面板还监控伺服电机过热保护PTC温控电阻和变压器过热保护, 驱动器单元的冷却风扇和计算机系统的冷却风扇, 只要这些装置有信号输入, 电子安全链立即断开, 机器人停止运行。1.2.5输入输出系统。输入输出系统由I/O板单元组成, 机器人系统最多支持4块I/O板单元, 每块I/O板有16个输入点和16个输出点。I/O单元板使用数字和模拟输入输出信号与外部其它设备通讯。I/O板单元通过CANBus总线和计算机系统连接, 通过一对一导线与外部设备PLC通讯。焊接机器人输入输出系统通过外部PLC与焊接设备通讯, 机器人的移动焊接工作过程:机器人移动到焊接工作点位置, 控制系统由输入输出系统通过外部PLC向焊接控制箱发出启动焊接信号, 焊接控制箱发出信号焊枪闭合焊接开始, 焊接结束控制箱发出焊接完了信号, 打开焊枪, 机器人接收焊接完了信号和焊枪打开到位信号后发出移动信号, 机器人移动到下一焊接工作点位置。

2 机器人常见故障分析

03报警是焊接机器人焊接变压器过热报警, 在焊接变压器上有一个温度过热保护, 保护信号通过I/O系统与机器人通讯, 受安全面板监控, 当这个过热保护损坏或连接导线断路均可以造成此故障;04报警是焊接机器人焊接异常报警。机器人发出焊接启动信号给焊接控制箱, 焊接控制箱发出焊枪闭合和焊接开始信号, 焊接完成后返回焊接完了信号给机器人, 当机器人接收不到焊接完了信号时04报警。造成这一故障的原因可能有:焊枪没有闭合, 没有完成焊接过程;电极头短, 没有完成焊接过程, 焊接部件表面有异物影响焊接过程, 焊接电缆断, 没有完成焊接, 机器人没有接收到焊接完了信号;05报警是由于机器人在焊接移动过程中遇到外界阻力, 机器人系统有过载监控保护, 当达到监控级别的阻力时系统报警;01、02报警是机器人监控安全链上的示教器急停, 面板急停, 安全门急停开关断开, 双安全链断开, 机器人MOTOROFF掉电报警。GUN TIME-OUT是机器人焊接结束后, 焊枪打开到位开关检测后, 机器人才能够继续移动, 否则机器人就会认为焊枪没有打开而报警, 不再继续移动工作。检测开关一般都是焊枪小张口开关。原因可能有:检测开关损坏, 开关线路断路。但有的时候机器人也可以取消检测功能, 在焊枪焊接完了后, 焊枪打开的同时机器人就可以移动, 这时可以靠修改焊枪打开时间参数来控制焊接和移动过程。

3 机器人典型故障分析

6370BS071机器人断电后重启, 机器人没有原位信号, 主线检测不到原位信号无法给机器人启动信号, 机器人不运行。机器人没有任何报警, 经检查硬件没有问题。检查机器人程序, 发现机器人原位程序没有在预置程序中调用, 单独运行原位程序, 机器人有原位信号, 可以正常工作。解决方法为备份机器人程序, 将系统参数的USER文件中的HOMESIG子程序加载在机器人预置程序中, 在对机器人做RE-STORE, 重新加载修改过的程序, 让机器人在启动时自动调用原位程序。机器人MOTOR ON信号掉电, 机器人无法MOTOR ON, 报警39234 SERIAL LINK故障。SERIAL LINK是指SMB板-A82板-AXIS CPU-A82板-DRIVE UNIT。检查安全链线路没有发现故障点, 清理系统灰尘也无效, 最后更换A82板, 故障排除。6370BS062机器人报警等待C型焊枪大张口信号或小张口时去工作刮弯电极杆。首先检查张口开关和气阀及线路, 没有发现故障。检查输入输出系统BASE10板, 更换后故障也没有排除。经观察每次报故障都是在X型焊枪工作后, 这时修改X型枪工作后调用程序, 故障依然存在。而且C型枪动作都是由系统发出的, 说明外部信号没有问题。最后检查机器人程序, 发现机器人背景程序中每次焊枪工作后都检测张口信号, 修改程序后故障排除。

结束语

在生产线工作过程中, 机器人会由于各种各样的原因产生故障, 通过故障代码和硬件的状态指示灯来判断机器人是否是属于硬件故障, 对今后的使用、维护和排故都有非常重要的帮助, 保证生产线的正常运行。

摘要：介绍了ABB机器人S4Cplus硬件系统, 分析该机器人在工作时的典型故障及产生原因, 并提出排除故障的方法。排除硬件故障后再检查系统软件, 全方面排除机器人故障, 这样就会大大缩短故障排除的时间, 为生产线的正常生产提供保障。

关键词：焊接机器人,故障,控制系统

参考文献

[1]陈善本, 林涛.智能化焊接机器人技术[M].北京:机械工业出版社.2006 (1) :126～145.

焊接机器人的控制原理及应用 篇3

关键词:钢制罐体 焊接应力 变形 控制

中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0068-01

1 引言

近几年中国经济发展很快,现代工业生产制造业发展更是迅速,作为现代工业生产制造业中必不可少的工艺之一的焊接,它涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等方面,是一个复杂的学科。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等[1]。在焊接的过程中焊件会产生内应力及变形,其根本原因是焊接过程产生的温度场不均匀以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织。由于焊接应力与变形的存在,在焊接钢制罐体时,会对钢制罐体产生不利的因素,比如对钢制罐体的强度、刚度、稳定性、加工精度以及耐久性等产生影响,因此采用合理的措施控制应力及变形是钢制罐体安装的关键。

2 钢制罐体在焊接过程中产生焊接变形的现象和应力及变形的产生原因

钢制储罐在焊接过程中产生焊接变形的现象主要有:焊缝的径向收缩和横向收缩对钢板产生应力与变形现象; 底板与壁板角缝、底边板与底中幅板间环焊缝的径向收缩引起罐体底边板角变形和中幅板的应力与变形现象;应力的叠加使得钢板失稳引起的波浪变形。

影响焊接应力与变形的最根本的因素是焊件受热不均匀,其他的还有焊缝金属的收缩、焊件金相组织的变化及焊件刚性与拘束等。在焊接时,焊接的局部从常温加热到高温,造成构件温度场的不均匀,温度场的不均匀使得钢制罐体产生拉应力,当拉应力达到钢材的屈服极限,会使得钢制罐体或者构件的局部区域产生塑性变形,此时的内部变形由弹性变形率和塑性变形两部分组成,当温度恢复到常温时,弹性变形部分恢复,塑性变形部分不能恢复。当焊接完成时,构件的温度回到常温,拉应力仍然残留在整个罐体中,称为残余应力。在整个罐体中的不同区域、板厚、深度处其残余应力的大小值不同,从而产生变形。不同的焊缝因钢制罐体所处的位置、外部环境不同,高温下体积膨胀量受到约束,冷却后塑性变形也不同,残余应力也不同,应力分布不均匀会导致应力集中,应力集中对整个罐体产生非常不利的影响。因此焊接残余应力的峰值大小、分布状态直接对储罐的疲劳破坏和应力腐蚀开裂等产生不良影响[2]。

3 焊接应力及变形的控制

3.1 合理的焊缝设计与选材

根据钢制罐体的各组成构件的材料尺寸进行合理的焊缝设计,中幅板采取由中心向四周对称的排列方式,优点是在焊接过程中可以均布和同步焊接,使得其在相对自由膨胀收缩的状态下施焊。对焊缝要进行合理的设计,焊缝不宜集中在一起或者三向交叉,其尺寸应按规范设计、避免过大,焊缝布置可采取对称的排列方式,焊缝的位置不应出现仰焊的现象。焊接前对焊件焊缝周边位置采取无损伤检查,如用超声波和磁粉进行检查,从而避免因焊件自身的缺陷而出现应力集中现象。

3.2 焊接方法的选择

由于焊接加热过程具有局部性,瞬时性和移动性,焊接应力引起的焊接变形是必然存在的[3]。只要找出引起焊接变形的主要因素,合理的分析变形的方向、量值和规律,进而采取合理的焊接方法,选取适当的工艺流程,就可以控制焊接应力应变在合理的范围内,使其趋于最小,甚至可以消除。在焊接时采用分段焊、分层焊、对称焊缝,可以使其变形相反而抵消。在焊接前使钢制罐体有一个与焊接变形相反的预变形,针对小构件可以采取焊前预热、焊后回火,然后慢慢冷却至室温。

在焊接钢制罐体中大量选择的焊接方法是半自动CO2保护焊工艺,它的特点是焊缝的截面积小、焊接坡度角度小、焊接线能量小和焊接速度快,与此同时它还有焊条电弧焊的灵活性和埋弧自动焊的高效性,又避免了焊条电弧焊焊缝成形系数大效率低变形大,埋弧焊线能量大变形大的缺点。

3.3 焊接施工过程控制

在钢制罐体的焊接施工过程中进行控制,如控制焊件的加热程度和加热范围来降低应力,在焊接罐体的底板时,可采取先焊短焊缝,后焊中长焊缝,而后是焊接通长焊缝,预留收缩缝,先焊完罐底大角焊缝焊最后进行收缩缝的焊接的顺序。焊工安排要均匀分布,对称同时同步。在焊接中可以应用分段跳焊退焊,这样可以让之前的焊缝先冷却,可以使焊缝附近的金属的温度场变化很小,焊接应力出现的几率可以变少。

波浪变形属于失稳变形,一般产生于薄板结构中,是由于板中的残余应力大于失稳的临界应力值。针对钢制罐体的中幅板焊接后的波浪变形,可以有以下几种控制措施:钢制罐体的中幅板焊缝在焊接之前,可以固定住沿焊缝长度方向,在所有焊缝两端加垫板防止焊材在焊缝位置的部分发生翘曲;对于每条焊缝,在焊接前,可以在焊缝的垂直方向每隔3m用一定长度的背杠进行约束,背杠在全部焊完整条焊缝并冷却到室温后方可拆除。连接在钢制罐体的罐底与罐壁的角焊缝,可以由罐内、外沿同一方向分段焊接,但应在底圈壁板纵向缝焊完后才能开始。中幅板与边缘板间丁字焊缝先不焊接,待预留收缩缝焊接时一并焊接。

根据钢制罐体的受力条件,位于边缘板与壁板的角缝采用外大内小的形式,即不对称x型坡口。同样,在壁板与底板的焊缝的形式是T型,而且不对称,在焊接时温度场分布不均匀,金属在沿板两侧收缩不一致,容易引起壁板与底板的角变形,可以采取在罐内侧布置一定数量以1m为间距的斜撑,斜撑可以起到对由内外角缝焊接造成壁板与底板的角变形约束的作用。焊接焊工的安排应使焊接等速,罐体内外的焊工应错开。

3.4 焊中应力消除与焊后热处理

在焊接钢制罐体过程中,可以采取用手锤和电动风铲振动敲击焊缝的形式,减小焊接应力,但对敲击的形式和环境要遵循以下原则:必须均匀敲击焊缝,而且焊缝要处于受热的状态。因为在受热状态和均匀的锤击下可以引起焊缝金属横向塑性伸展,这能够补偿一定的焊缝收缩,致使该焊缝位置的残余拉应力的弹性应变得到恢复,可以消除部分焊接残余应力。

焊缝焊接完成后,应进行焊后热、保温处理。这能使扩散氢从焊缝中从焊材逸出的时间延长,也可释放焊接产生的应力,从而避免延迟裂纹出现。焊后热处理可以采用在焊缝两侧一定范围内用氧、乙炔中性火焰进行均匀烘烤,用温度计在焊缝处测量读数,以此控制好温度并用4层以上石棉布裹紧,保温4h以上然后自然冷却至室温。

4 结语

在焊接钢制罐体时由于焊接应力引起的变形是不可避免的,但是我们可以不断研究,在实践中不断总结、积累焊接和施工经验,采取合理的焊接方法和控制措施,以便减小和消除焊后残余应力和变形,综合分析考虑各种因素,通过合理的焊缝设计与选材、焊接方法的选择、焊接施工过程控制、焊中应力消除与焊后热处理的控制措施,有效保证焊接质量和罐体制作质量。

参考文献

[1]郑卜祥.航天铝合金板件的焊接应力与变形研究[D].北京:北京工业大学硕士学位论文,2008,5.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社,1992.

[3]曾乐,周敏惠,徐域栋,等.现代焊接技术手册[S].上海科学技术出版社,1993.

焊接机器人的控制原理及应用 篇4

目的：掌握可编程控制器的原理，基础指令、程序设计，和基于PLC的控制系统设计方法，为后续学习打下基础。

一、版面格式：

1、读书报告名称应正确，如：

2、应体现自己的相关信息，必须正确。包括：系别、专业、班级、姓名、学号、任课教师、学年学期。

3、学习态度良好、字迹、版面应清洁，手写8000字左右，图、表全由手工完成。统一用“南阳理工学院稿纸”

二、可编程控制器技术概述：

1、可编程控制器的基本概念、发展

2、可编程控制器的特点和应用

3、常用可编程控制器种类

三、可编程控制器技术掌握情况：

1、PLC的基本组成，包括：主机、扩展、特殊功能元件、继电器区、数据区。

2、PLC的指令系统，包括：常用基本指令、应用指令、传送指令、数据指令、定时器、计数器等。

3、PLC的控制系统设计，包括：用实例解释至少4种设计方法。

四、可编程控制器技术的应用实例：结合自己掌握可编程控制器技术情况和兴趣自选一实例。包括有以下内容：

1、控制对象及要求

2、工程分析

3、PLC选型

4、I/O分配

5、电气原理图

6、程序设计需要体现设计方法

7、联机调试

五、读书总结：

总结：包括：学习过程、认识、开拓思考、以及对本课程的改进意见，专业创新等。

焊接机器人的控制原理及应用 篇5

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文中介绍了机器人柔性焊接工作站的技术方案以及关键部件变位机、智能搬运器、工件定位工装的设计。通过方案设计，解决了变位机定位精度要求高、控制系统与机器人的通讯、智能搬运器的取货动作、工件的快速定位卡紧等技术难题。

随着工业自动化的普及和发展，焊接变位机的应用也逐渐普及，主要是在汽车，电子，机械等领域的焊接,焊接变位机结合焊接机器人组成一个小型流水线可以更好地节约能源和提高生产效率。

1、技术方案

机器人柔性焊接工作站立足于一小型自动化流水线作业，能焊接长度在2.5米以下的各种工件，集自动上料、半自动定位装卡、自动焊接、自动卸货于一体。从而降低工人劳动强度，提高生产效率。为了达到总体设计要求，制定了满足要求的技术方案，该设备主要由工件定位工装、智能搬运器、变位机、构件周转架、码垛架、送料机构、电气及气动系统等构成一小型流水线，见图1。

主要流程：

1）上料机构把原材料输送到工位一； 2）人工辅助装卡定位；

3）变位机把装卡好的工件旋转到工位二； 4）机器人焊接位置1； 5）翻转轴翻转90度； 6）机器人焊接位置2； 7）翻转轴翻转180度； 深圳稻草人自动化培训

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8）机器人焊接位置3，工件焊接完成； 9）变位机把焊接完的工件旋转到工位一；

10）智能搬运器到工位1取货搬运到码货架。这样一个流程结束，其中，工位一装卡区和工位二焊接区同时进行，大大提高了焊接效率。

2、变位机的设计

变位机是机器人柔性焊接工作站的核心部件，主要由钢结构、旋转轴、翻转轴、导轨、快速卡环等组成，如图2。

各部分的主要功能： 1）钢结构为支撑部件；

2）旋转轴使工位一和工位二的位置互换，达到焊接、卸货和装卡目的；

3）两个翻转轴为工位1或工位2的变位，使得机器人在最有利于焊缝成型的位置焊接和工件装卡；

4）导轨作用是导向智能搬运器横移到变位机上取货； 5）快速卡环主要是焊接不同工件时快速更换工装。

机器人柔性焊接工作站焊接精度主要由变位机的精度确定，由于机器人柔性焊接工作站的焊接精度在0.5mm以内，即变位机直径为3.8米的转盘在旋转180度后的定位精度在0.5mm以内，翻转定位精度也要在0.5mm以内。为达到以上要求，传动采用伺服电机+复式活齿减速器，传动精度达到0.01mm。

3、智能搬运器的设计

智能搬运器主要由升降架，横移架、导向套、横移轮、伸缩叉臂等组成，通过三台电机的运行，实现能同时升降、横移、伸缩动作的功能，从而达到卸货目的，如图3。深圳稻草人自动化培训

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智能搬运器是机器人柔性焊接工作站实现流水作业的重要部件，主要作用是通过导轨把变位机上焊接完成的工件搬运到码货架，降低工人劳动强度，提高了码垛效率。

4、工件定位工装的设计

工件定位工装主要由工装支座、定位勾、定位架、气缸等组成，工装支座为通用型，根据不同工件更换不同的定位架安装在工装支座上，通过变位机快速卡环将整个工件定位工装与变位机连接；如图4。

为同时实现工件的定位卡紧，巧妙的利用气缸的伸缩动作，通过弹簧、拉钩，实现了工件的定位卡紧两个动作。通过变异，这一机构被广泛应用在其他工件的定位卡紧中。

5、控制系统设计

控制系统揉合了人机界面、伺服闭环驱动、PLC定位模块等主流自动化控制元件，精度得到了保证，操作更便利，维护更简单。深圳稻草人自动化培训

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6、结束语

本文通过对机器人柔性焊接工作站的方案设计以及重要部件变位机、智能搬运器、工件定位工装的设计分析，在控制系统设计过程中揉合了人机界面、伺服闭环驱动、PLC等主流自动化控制元件；并通过PLC与焊接机器人通讯，使得焊接变位机与焊接机器人无缝联接。解决了以下关键技术：

1）传动采用伺服电机+复式活齿减速器，解决了变位机定位精度的高要求； 2）解决了控制系统与机器人通讯问题； 3）解决了工件的快速定位卡紧；

焊接机器人的控制原理及应用 篇6

【摘 要】传统的可编程控制器实验由于种种原因存在學生积极性不高、实验效果不理想等问题，针对这个现状并结合技术本科院校“技术立校，应用为本”的教学方略及办学特色，本文提出适合可编程控制器原理及应用课程的配套实验改进措施，充分调动学生的积极性和主动性，显著提高学生的创新意识和动手能力。

【关键词】可编程控制器原理及应用课程 实验方法 创新

一、引言

实验教学在高等教育中占有极其重要的地位，是教育教学改革的重要组成部分。传统的验证性实验比较单调枯燥，不能充分调动学生的学习兴趣和学习热情，不能满足技术本科教学的发展要求。通过可编程控制器实验的课程建设，尝试将新的实验规则和实验内容应用于实验教学，可以不断提高学生将所学的理论知识应用于具体实践环节的应用能力和动手能力，激发学生自动自觉学习。

二、传统验证性实验教学中存在的问题

实验教学是技术应用型本科教学的重要组成部分。随着教育事业的发展和教育改革的推进，实验室建设得到加强，实验教学条件不断改善，实验教学活动深入开展，促进了教育理念的更新，教师的教学方式得到改进，学生的创新能力得到不断加强。但传统实验教学存在很多不足，实验室建设和发展中还有很多地方需要改革创新。

首先，实验室开放共享不到位，造成实验资源浪费。由于实验室师资有限，更是出于安全考虑，除了课堂时间外，实验室都是不开放的。很多时候实验设备都无人使用，造成了实验资源的巨大浪费。

其次，学生自主实验严重不足，缺乏参与实践教学的积极性。传统实践教学，课时比较少，内容比较固定，提供给学生发挥的空间有限。因为课时和学分比较少，多为考查性质，只要记忆相关内容就能应付考查，因此大部分学生缺少对实践课程的重视，对实践教学也缺少兴趣。

本着面向技术本科“技术立校，应用为本”的办学方略，充分发挥学生积极性，提高学生动手能力的原则，学院多个实验室开展了开放性实验教学尝试，收到了良好的效果。

三、可编程控制器实验的多方法设计

《可编程控制器技术及应用》是电气工程专业的必修课，配套的《可编程控制器技术及应用实验》是十六个学时考查课，两学时/双周，一个学分。每个实验安排两学时，学生两人一组，可做八个实验。

前两次实验，分别为认识实验和基础实验，考虑到学生所学内容较少，掌握的方法有限，实验为传统的验证性实验。随着教学的推进，后续实验可以采用开放式、多种方法实现模式。

每个开放性实验都要先做好实验前准备工作。为达到良好效果，给学生两周自由安排练习时间。故在上一次实验结束时布置下次实验任务，提出实验要求，介绍实验面板，提示可行性方法等。学生自拟题目练习，不是死记硬背，而是掌握方法，下次实验时每组同学随机抽取一个实验课题，两个同学相互协调帮助，当场编写程序，调试修改，并最终完成。

例如LED数码显示实验，可能要求学生编程实现控制由八组LED发光二极管模拟的八段数码管开始显示学号，（例如学号是091001130501），每个数字停留2秒，并循环，按下停止按钮后停止显示。显示的内容可以是今天的日期“20120426”，也可以是“SDJU。EDU”，还可以是“S7-200PLC”或者“HELLO-PLC”等等。除显示内容外，可以增加暂停等要求，这些要求可根据课程教学的进展以及学生掌握情况而定。“五相步进电机的模拟控制实验”、“喷泉彩灯控制实验”等可以采用多方法实现的开放式实验模式。

多方法实现型实验，要根据学生的实际能力，对学生提出要求，学生通过一定努力才能完成任务；避免固定形式，统一要求时，学生可以蒙混过关，可以抄袭或者死记硬背的情况。学生通过自己编程、自己调试，不但提升了动手能力，培养了学习兴趣，更增强了学习信心。

四、实验室开放环节

多方法实现型实验，在过程中加入了学生开放型实验的环节，因此最困难的是实验室管理环节。为了能使学生在各个时间段都能进行实验练习，需要有细致的管理规范、严谨认真的管理态度以及吃苦耐劳的牺牲精神。实验室老师通过不断研究和总结经验，结合监控系统等设备，克服各种困难，为学生提供了良好的实验环境。学生预约后，可以在上午、中午、下午等各时间段进行实验。

研究制订出能够体现学校定位及保障实验教学培养目标实现、教学方法实施、教学考核规范的教学过程相关管理规章制度和教学流程，汇编成册。编辑、整理、细化实验指导书都是需要完善之处。

五、培养考查环节及教学效果

通过一学期的多方法实现的开放型实验培养，学生动手能力和信心、兴趣都有所提高，在考查环节，学生表现良好，绝大多数能正常发挥，出色完成考查任务。

学期末尾的课程设计环节，学生的表现令人满意，很多学生对可编程控制器产生了兴趣，希望毕业设计也做相关内容。

结合技术应用型本科院校“技术立校，应用为本”的教学方略以及学校培养技术应用型人才的育人目标，不断设计、研究、开发、引导学生提高实验能力，提高自觉性，提高学习兴趣，建立信心，是我们开展多方法实现实验的目标。

【参考文献】

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[2]左铁镛.高等学校实验室建设的作用与思考[J].实验室研究与探索，2011，30（04）：1-5.

[3]苏春梅，杨红，姚金风，等.高职药学专业实验教学过程规范化管理[J].实验室研究与探索，2011，30（04）：117-119.

[4]夏建国.技术应用型本科教育探索与实践[M].上海：东方出版中心，2008：1-7.

焊接机器人的控制原理及应用 篇7

关键词：焊接缺陷 技术问题 控制措施

中图分类号：TK266 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0055-01

电厂焊接主要是指对电厂在发电运行时所应用各种设施设备等进行的一项焊接，包括有普通低合金钢和耐热钢的手工电弧焊、氧-乙炔焊、手工钨极氩弧焊、埋弧自动焊等焊接方法。由于电厂发电运行对人们的用电安全与可靠有着极为重要的意义，因此在电厂建设时对电厂焊接施工的质量也比较严格。但在实际焊接作业中，电厂焊接的质量问题是普遍存在的，为能提高电厂的焊接质量，本文就针对在焊接常见的问题展开分析，并探究有效的质量控制措施。

1 电厂焊接质量的常见问题分析

1.1 焊接气孔质量问题

电厂焊接气孔质量问题主要是指在焊接中产生的氢气孔，当产生过多的氢气孔时，会导致焊接连接面变小，并会给焊接强度带来一定程度的影响。从电厂焊接现状来看，导致焊接气孔产生的主要原因有：施工人员焊接方式不合理、未严格按照要求焊接、焊剂与焊条使用比较有偏差以及接口有水分、油污、生锈等。

1.2 焊接裂纹质量问题

电厂焊接中出现的裂纹质量问题也比较普遍，尤其是进行金属类焊接时，因此，金属结构的特殊性，更容易出现焊接裂纹问题。在施工作业中，可将焊接裂纹分为冷裂纹（焊接冷裂纹主要是指焊缝在冷却过程或是冷却以后，于母材及母材与焊缝交接的熔合线上产生的裂纹）与热裂纹（焊接热裂纹主要是指金属焊接由液态到固态的结晶过程中所生的裂纹）两种，而在杂质、温湿度、外力等原因作用下，均有可能导致以上两类焊接裂纹的产生[1]。

1.3 焊接咬边质量问题

电厂焊接中，所出现的咬边质量问题主要是指在焊缝边缘所留下的一种凹陷现象，由于在焊接时运条速度过快，电流过大、或是焊机轨道不平等、焊丝/焊条角度不当、电弧拉的过长等因素，均有可能导致金属填充不能及时填满，并出现咬边等质量问题。

1.4 焊接夹渣质量问题

焊接夹渣质量问题主要是指焊缝中间存在一些不能融合的熔渣，如果焊接夹渣比较密集时，会对焊缝的密合度、强度造成严重的影响，并造成焊接口受力强度的减少，影响焊接施工的整体质量。而焊接夹渣产生的原因，主要包括有：其一，焊接电流较小，造成糊渣现象，而糊渣熔进焊缝之后，将给焊缝的受力强度带来负面影响；其二，焊接口的周围有过多的熔渣，并在焊接作业中使其熔入焊缝当中；其三，由于焊条偏芯、电弧过长或是焊接速度过快，使得夹渣大量产生。

2 电厂焊接质量问题的控制措施

2.1 焊接气孔问题的控制措施

通过对电厂焊接气孔原因的分析，笔者认为可以从以下几点来控制气孔的发生：（1）保證焊条的性能质量。在焊接作业前期，一定要对焊条的性能与质量进行严格、仔细地检查，防止焊条变质，出现药皮剥落、锈蚀等现象。（2）保证焊接的方法的合理性。在进行焊接时，一定要对焊接所用电流、焊接速度、焊接工艺参数等进行合适的选择，以保证焊接方法的合理性与有效性。（3）保证焊接接头的规范。在进行接头焊接时，最好能在焊缝的前进方向距弧坑约10 mm处，开始引弧，并在电弧燃烧后先反向运棒至弧坑处，在完全熔化后再前进，以避免气孔的产生[2]。

2.2 焊接裂纹问题的控制措施

焊接裂纹作为严重的焊接质量问题之一，一定要在作业中做好裂纹的控制工作，才能避免各种安全隐患的发生。针对冷裂纹，可通过做好焊接材料的保管工作、选择低氢型焊条、降低焊缝中扩散氢的含量、严格清理坡口水分、锈蚀及油污、合理选择焊接环境、改善接头韧性、重视管道组装环节等等措施，来避免冷裂纹的产生。而针对热裂纹，可通过选择合理的焊接程序与工艺、减小焊接应力、加强焊接工艺参数控制、合理提高焊缝形状系数、减慢冷动速度、尽量采取小电流多层多道焊等等措施，来避免此类裂纹的产生。

2.3 焊接咬边问题的控制措施

针对焊接咬边质量问题，焊接技术人员在作业时，应该对焊接的速度进行严格控制，一定不能太快，还应该在焊接时对准需要焊接的部位，以避免融化面积过大而导致的咬边问题。此外，还需实时地注意焊条的角度与电弧的长度，保证焊接工艺参数的合理性，才能有效地避免焊接咬边等质量问题。

2.4 焊接夹渣问题的控制措施

针对电厂焊接时存在的夹渣类质量问题，主要可采取以下相对应的三点有效性措施进行控制：其一，在进行焊接时，选择最适宜的焊接电流，避免出现焊接电流过小的问题，进而防止糊渣的出现，自己便可有效控制夹渣问题。其二，选择坡口尺寸时必须要正确、准确，并对坡口边缘进行认真清理。在进行多层焊接时，还需认真、仔细地观察坡口两端的实际熔化情况，如果有熔渣时，应该先对其进行彻底地清理，封底焊渣也应该进行彻底地清理，才能防止焊偏、焊接平渣问题的发生。其三，严重控制焊条的质量，保证其在应用时不会出现偏芯问题，并合理掌握焊接的速度，运条摆动要适当[3]。

3 结语

综上所述，在进行电厂焊接施工过程中，必须严格控制各关键环节，严把施工质量，才能保证电力设备运行良好。随着我国社会发展对于电力需求的进一步加大，提升电力设备焊接技术对于我国经济发展有着深远的意义。

参考文献

[1]欧阳微.电厂焊接缺陷产生的原因机理与处理措施分析[J].科技与企业，2012，17（17）：298.

[2]杨成宇，高忠义.电厂金属焊接中常见缺陷的成因及其防止措施[J].内蒙古科技与经济，2011（7）：133-134.

焊接机器人的控制原理及应用 篇8

关键词： 大型笼式多层架体；焊接裂纹；焊接变形

中图分类号： TG-457.11

Abstract： The structure， welding difficulties， quality control points of big cage multilayer shelf were analyzed. Then the welding consumables，parameters and sequence were appropriately selected. The problems were solved by adapting effective measures. In result， the weld crack and welding deformation were effectively controlled， and the precision of production are satisfying.

Key words： big cage multilayer shelf； weld crack；welding deformation

0 前言

针对某大型笼式多层架体，分析了焊接结构特点、焊接工艺技术难点、主要控制要素，进行了焊接工艺研究，采取了有效措施，经过精心的焊接施工，以及焊接过程中的一些合理调整，成功地完成了四段大型笼式多层架体的装配焊接，经过后续的装配、使用验证，表明整个大型笼式多层架体的焊接质量、精度指标满足使用功能要求。

1 架体结构分析

大型笼式多层架体结构，主体材料为Q345，属低合金高强度钢。Q345钢焊接性较好，但是大型笼式多层架体的结构形式复杂，焊接结构厚度尺寸大，拘束度大，焊缝位置数量多，焊接应力复杂，容易产生裂纹[1-6]。

架体精度要求较高，要求各隔板的平行度误差≤1 mm，同轴度误差≤2 mm，在现有的所有焊接方法中，只有焊条电弧焊具有操作位置可达性，而焊条电弧焊方法本身的精密性较差，焊接变形的控制有较高的难度。

2 焊接工艺

2.1 焊接工艺试验

针对产品的具体焊接结构、焊接位置，在焊前进行了焊接工艺试验，如图1所示。

要求按图规定的操作工位进行施焊，成形美观，焊缝尺寸、焊缝外观质量达标。要求焊接过程中细心操作，严格过程控制和检查，若有气孔、裂纹等缺欠应及时打磨清除。内部质量按GB 3323—2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》的Ⅱ级焊缝要求进行控制。按图示位置打标记，以标识操作者、焊接工位。

经过工艺试验件的练习，达到图样的焊缝尺寸及外观要求：①焊缝最大宽度与最小宽度之差，在任意50 mm焊缝长度范围内不大于3 mm，整个长度范围内不大于4 mm；②焊缝边沿直线度在300 mm范围内不大于2 mm；③焊缝表面凸凹，在焊缝任意25 mm内，不大于2 mm；④ 焊脚尺寸8 mm；⑤磁粉探伤达到JB4730—94《压力容器无损检测》的I级要求。

2.2 焊前准备

（1）调试焊接规范，要求四台焊机的工艺基本一致。

（2）严格清洗工件和烘干焊条，减少焊缝中氢的含量，降低裂纹敏感性。

（3）用棉纱或白布蘸少量丙酮擦洗待焊处，去除油污、杂质。

（4）检查各隔板与上、下钢梁间是否贴合紧密，各件是否组装到位，压板、卡兰是否拧紧。

2.3 选择合适的焊接材料

打底焊时，选择的填充金属钛具需要有优良的塑性，低温韧性和抗裂性，因此选择性能较好的低氢钾型药皮焊条J506。填充、盖面焊选择焊波整齐、电弧稳定的钙钛型焊条J502，直径为4 mm，以提高填充效率，改善焊缝成形。

2.4 工艺参数的选择

通过焊接工艺试验件，推荐了焊接工艺规范，见表1。合适的工艺参数，保证焊缝底部熔合良好，减小应力集中，防止裂纹产生的根源。同时，保证各焊接位置表面成形良好，防止后续焊缝产生未熔合，并保证最后盖面焊缝的尺寸、成形美观。

2.5 焊接顺序

针对大型笼式多层架体隔板多、刚性大等特点，焊接顺序由中间隔板开始，对称向外推移，将焊接应力向两端释放，以降低焊缝裂纹的敏感性，让应力充分释放，从而减小变形。

焊接时要求四名焊工基本保持同步对称施焊，使焊缝的纵向收缩和横向收缩比较对称，以保证焊缝收缩的一致性。采取上下交错对称施焊，使焊接应力对称，且焊接温度场均匀，进一步减小变形，同时控制裂纹的产生。

依据以上原则，总体焊接顺序，见图2所示。

（1）定位焊，顺序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（2）第一层，顺序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（3）第二层，顺序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

（4）第三层，顺序：隔板1→2→3→4→5→6→7。

每块隔板的具体焊接顺序：四名焊工同时施焊，速度基本一致，焊接中间隔板时，两名焊工在隔板正面，两名焊工在隔板背面，同时对称施焊，顺序：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10，如图2所示。

焊接两端的隔板时，两名焊工在左端隔板，两名焊工在右端隔板。

2.6 焊接过程监测及实时调整

为了保证焊缝质量，点焊及施焊过程中，用5倍放大镜检查焊缝表面，不得有气孔、夹渣、裂纹、咬边等缺欠，对点焊和打底焊缝要特别仔细检查。

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以首、尾隔板中心孔为基准，用准直望远镜测量其余隔板的中心孔X， Y的位移，通过计算得出整个架体的同轴度。

如图2所示，1点、2点、3点、4点为测量位置，以焊前装配状态的跨据作为基准值，检测跨据的变化量，通过计算得出各隔板之间的平行度。

为控制焊接件精度，必要的焊接过程监测及实时调整也极为重要，具体要求：点焊定位、第一层、第二层、第三层焊后分别测量相邻两挡间距、架体的同轴度，根据变形情况实时调整焊接顺序。

2.7 焊接生产结果

架体焊接完成后，静置时效24 h后，用5倍放大镜检查，发现有少量表面裂纹，经过局部打磨即可去除。焊缝尺寸及外观质量达到要求，经磁粉探伤达到JB 4730—94《压力容器无损检测》的I级要求，多次重复焊接生产结果表明，有效的控制了裂纹。

检测结果表明：平行度误差不大于1 mm，平均为0.82 mm；同轴度误差不大于1.5 mm，平均为0.92 mm；预留与实际焊接焊接收缩量基本抵消；主要精度指标达到要求，好于GB/T 19804—2005《焊接结构的一般尺寸公差和形位公差》的精密级精度。

3 结论

选用具有优良塑性、抗裂性好的低氢钾型药皮焊条J506打底，选用焊波整齐、电弧稳定的钙太型焊条J502填充、盖面，实现了焊接结构厚度尺寸大、拘束度大、焊缝位置数量多、焊接应力复杂的大型笼式多层架体焊接，有效的控制了裂纹。

采用从中间向两端推移的对称焊接顺序，可以降低焊缝裂纹的敏感性、减小变形，大型笼式多层架体的焊接精度好于GB/T 19804—2005《焊接结构的一般尺寸公差和形位公差》的精密级精度。

参考文献

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