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1、特种焊接机器人研制1訇化特种焊接机器人研制薛龙,焦向东,蒋力培,张卫义(北京石油化工学院,北京102617)摘要介绍了焊接技术在国民经济发展中的重要地位及焊接自动化技术在我国发展现状,全面分析了我校研制的球管,管道,高压焊接机器人的结构,原理,工作特点和应用,提出了下一步焊接机器人产业化发展需要解决的关键技术.关键词:球罐;管道;高压;焊接机器人中圈分类号:TP391.7文献标识码:B文章编号:1009-0134(2006)02—0049—031焊接自动化设备应用现状制造业是一个国家综合经济实力的重要基础,没有强大的
2、制造业就不可能成为经济强国,也难有强大的国防力量.装备制造业是制造业的核心,因为它是为各行各业提供各种装备的产业.随着科学技术的发展,焊接逐步成为制造业,尤其是装备制造业中的重要加工手段".上世纪90年代末,美国和德国的专家在对21世纪前20年焊接技术发展前景的预测中认为,"到2020年,焊接仍将是制造业的重要加工工艺,它是一种精确,可靠,低成本,并且是采用高科技连接材料的方法.目前还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接,并对所焊的产品增加更大的附加值,可见,焊接在已经完成工业化的发达国家中仍是一种不可取
3、代的工艺,对于我们这样的发展中国家来说,焊接更是一项蓬勃发展的技术.在世界发达国家,如美国,日本和欧洲的汽车制造,车辆,造船以及航空航天业的焊接生产中,焊接机器人和焊接自动化专机的应用非常广泛.一方面是高焊接质量和生产率的要求,另一方面国外的劳动力成本高,采用焊接自动化后,节约了人力成本【21.对于国内,尽管从焊接设备拥有量和焊接材料消耗量来看,我国已经是一个焊接的大国,但从先进技术应用的深度与广度,焊接自动化率,焊接机器人拥有量,大型复杂焊接系统的自主开发能力,原创性科研成果数量,劳动生产率和生产管理水平等方面看,
4、我国还不是一个焊接的强国.国内以焊接为主要生产工艺的企业,焊接自动化水平相对较低.多数仍然是手工生产或者半自动化生产.同时,国内焊接自动化水平分布不均,自动化程度最高的是汽车制造业,其次是航空航天,车辆和造船业,而大部分中小企业,受到投资成本的限制,对焊接自动化呈现可望而不可及的态度.出现这种现象的根本原因是国内劳动力成本低廉,多个焊工同时焊接一条焊缝,自动化焊接设备的效率并不占有优势,除非要求焊接质量一致性比较高的情况下,不得不采用自动化焊接设备.况且,自动化系统的使用和维护,还提高了操作人员的知识水平的要求以及焊
5、接工件装配精度的要求口】.这种现状,极不适应我国从一个焊接大国迈人世界焊接强国的行列这一发展目标,影响我国制造业迅速发展.我们应该采取措施,寻找契机,发展我国焊接自动化和焊接机器人技术,这是焊接工作者光荣的历史使命.2焊接机器人技术特点分析2.1无导轨全位置智能球罐焊接机器人(如图1)机械系统主要由磁吸式全位置行走机构,焊枪位置调整机构和摆动机构组成.其中磁吸式全位置行走机构,包括左右二组磁轮系,主板,十字链轴式联接机构组成.此机构的各个磁轮在X轴的一维方向上有一定的自由度,能保证各磁轮与球罐表面紧密接触,磁力稳定可
6、靠.由左右二个交流伺服电机驱动实现四轮行走,在球罐表面的各种空问位置都能稳定爬行,包括前进,后退,拐弯等各种运行方式.瞳■日一:2005.08.Ol基金焉目:(1)国家"十五"863重大计划项目"水下干式管道维修系统"(2002AA602012);(2)北京市自然科学基金暨北京市教育委员会科技发展计划重点项目"干式高压TIG焊接电弧行为及其控制的研究"(Z200410017008);(3)北京市科技发展计划资助"基于激光跟踪的焊接机器人技术研究"(Z04-3)作者簧介:薛龙,北京石油化工学院.I匐化图1无导轨全位置智
7、能球罐焊接机器人焊枪位置调整机构包括焊枪左右位置调整机构和焊枪高低调整机构.由此构成了球罐焊接的二维跟踪系统.磁吸式全位置行走机构的CCD跟踪与左右位置调整CCD构成其中一维的二级跟踪系统.另一维为焊枪高低位置的自动跟踪系统.二级跟踪系统,在焊接过程中系统通过前CCD光电传感器识别在球罐表面的坡口平行线,控制磁吸式全位置自行机构带动焊枪及后CCD光电传感器实现前级跟踪;由后CCD光电传感器识别在球罐表面的坡口平行线,控制滑块带动焊枪左右随动,实现后级跟踪,进而达到细化跟踪量的目的,提高跟踪精度,完成纵向上的焊缝轨迹跟
8、踪功能.由于是依照坡口平行线进行非接触跟踪,在多层多道焊接的情况下也能实现重复自动跟踪.CCD传感器的识别精度为±O.03ram,轨迹跟踪精度设定为±O.5mm.高低这一维跟踪,焊接工艺要求精度相对低些,控制手段实施也比较容易,主要由一个直线电位传感器与一个步进电机驱动的竖向滑块机构组成,此系统由电位传感器的触头直接测量焊接附近的球罐表面高度变
