工業(yè)機器人，是工廠中提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品品質(zhì)不可或缺的重要機器。此次給大家就引進機器人的基礎知識作簡要說明。

    在這里為廣大希望通過熟練使用機器人來提高生產(chǎn)效率的年輕工程師們，由于工業(yè)機器人的引進方法因不同的應用而各有不同，這里僅以最先完成機器人化的弧焊機器人為例，通過Q&A的方式給大家進行說明。

    Q1：今后要成為弧焊機器人的擔當了，但是沒有機器人以及焊接的經(jīng)驗和知識，怎么辦才好？

    A1：過去的弧焊，屬于典型的需要數(shù)年經(jīng)驗的熟練操作，而弧焊機器人問世以來，弧焊正在變成僅需數(shù)日的培訓即可實現(xiàn)的操作。

    但是即使不需要學習人工操作弧焊焊槍技術，為提高焊接品質(zhì)和生產(chǎn)效率、控制不良的發(fā)生、降低生產(chǎn)成本等，對于弧焊的原理以及機器人焊接電源等裝置的理解也是必不可少的，全球競爭日益激烈的今天，相比過去更有必要提高設備相關技術人員的技能。

    首先，可以通過接受廠家實施的機器人培訓，掌握機器人操作方法，并且觀看實際使用弧焊機器人的工作現(xiàn)場的方式，從理解弧焊設備的概念開始。

    Q2：從事機器人操作相關工作時的注意點有哪些？

    A2：與機器人占地面積相比，可動范圍廣、高速、高輸出的機械臂活動、多樣并自律的動作等，機器人具備其他類機器所不具備的優(yōu)秀特性。而正

    因為如此，機器人有著一般機器所沒有的危險性。

    因此在操作前務必充分閱讀并理解設備說明書，與此同時還必須遵守國家制定的法律以及安全衛(wèi)生相關的規(guī)章等

    在日本國內(nèi)，機器人操作人員以及管理人員，必須接受與勞動安全法第59條，同法第36條、31號、32號規(guī)定義務相關的特別教育，該教育由機器人廠商以及機器人關聯(lián)廠商負責實施。

    在中國，雖尚不具備與上述法令相當?shù)姆?，但由于安全是絕對必要的，因此也應該在機器人廠商處接受安全相關教育。

    弧焊的示教操作中，需要設定1毫米以下的細小位置和姿勢，因此操作人員在示教時有時會進入機器人的動作范圍，就有必要確保此時的安全性。機器人示教器上附帶了3個安全壓扣，只要操作者不能保持適當?shù)奈恢茫欧娫磳⒉粫印?/span>

    機器人操作時伺服電源為啟動狀態(tài)，因此該伺服電源通過只有在確認安全后才能啟動的方式確保安全。

    弧焊操作中，還需要預防觸電、燒傷、以及弧光對眼睛的傷害。

    另外，焊接電流、焊接電壓、焊接速度、瞄準位置、角度等由弧焊機器人控制，改變機器人的程序可能帶來焊接品質(zhì)的改變從而發(fā)生焊接不良。因此需要在充分理解焊接操作內(nèi)容的基礎上進行機器人編程。

  Q3：弧焊機器人設備是如何構(gòu)成的？

    A3：弧焊機器人設備由機器人本體、機器人控制柜、變位機、系統(tǒng)控制盤、操作盤、焊接機、送絲裝置、配管組件、安全圍欄、擋板、噴嘴濾清器、治具、焊接用絲、保護氣體、焊接電極等構(gòu)成。

    其中，機器人本體、機器人控制柜、變位機、系統(tǒng)控制盤、操作盤、焊接機、送絲裝置、配管組件、安全圍欄、噴嘴濾清器為標準產(chǎn)品、需要向機器人廠商這樣的設備廠商購買。

    由于需要根據(jù)焊接對象工件制作不同的治具，因此可以向治具廠商購買或者由用戶自行設計。在對焊接熱應變通過實際焊接進行驗證的同時進行焊接對象工件的精度矯正，因此對工件進行定位的治具，需要在對象焊接工件的實際焊接中逐步調(diào)整。

    焊絲、焊接電極等要向焊接材料廠商購買，保護氣體則要向氣體廠商分別購買。

    下圖顯示弧焊機器人設備可以簡單設置于1張地墊大小的空間。

圖 電弧焊接設備

    Q4 弧焊機器人是什么樣的機器人呢？

    A4：手持焊槍進行電弧焊接的機器人稱為弧焊機器人。

    弧焊機器人分為，如圖4所示的焊槍電纜非內(nèi)置類型和如圖5所示焊槍電纜內(nèi)置類型。將焊槍電纜內(nèi)置后可以避免產(chǎn)生焊槍電纜和機器人手臂之間的干涉，因此具有提高焊絲的送給效率和提升機器人自由度等的優(yōu)點。

    由于弧焊要求軌跡的精度，弧焊機器人會高精度地完成直線插補和圓弧插補。同時弧焊機器人在非焊接區(qū)間盡可能通過高速動作縮短生產(chǎn)節(jié)拍時間。

    弧焊機器人的控制柜與焊接電源以及可以任意變更姿勢的變位機連接在一起。由機器人控制柜進行控制，與焊槍動作和焊接電源同步，正確控制焊接電流電壓，從而確保焊接品質(zhì)。

    焊槍位置的設定，通過由操作人員操作示教器，讓機器人在工件的焊接位置工作，對機器人進行工作點示教，并讓其重復動作的方式進行。

    圖6為示教器。示教器中上有讓機器人在6軸的正方向和反方向活動的軸操作鍵12個，通過選擇坐標，可以在Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ的正方向和反方向上動作。同時按數(shù)個軸操作鍵，可讓機器人在斜面上動作，也可讓機器人的基本3軸和手腕3軸分別進行動作。

圖4 通用高速弧焊機器人

圖5 焊槍電纜內(nèi)置型高速弧焊機器人

圖6 機器人示教器

    Q5：機器人用焊接電源的特征是什么？

    A5：人工焊接和機器人焊接不同，機器人用的焊接電源具有以下特征。

焊接速度=人工焊接速度為每分鐘30～50cm，而機器人則為每分鐘60～200cm的高速焊接,因此需要高速且穩(wěn)定的焊接性能。

焊接次數(shù)=機器人在非焊接區(qū)間高速動作，因此和人工相比可以壓倒性多次進行焊接。電弧ON/OFF的次數(shù)增加，也要求電弧ON/OFF時在提高焊接性能的同時要有高耐久性。

再現(xiàn)性＝為防止出現(xiàn)焊接不良，人工焊接時通過眼睛觀察焊接狀態(tài)進行焊接操作。機器人則通過切實地再現(xiàn)焊接狀態(tài)來防止出現(xiàn)焊接不良。因此，要求不受送絲負荷變動、一次側(cè)電壓變動以及溫度變動等的影響。

脈沖焊=機器人常常用于非常適合高速焊接的脈沖焊中，因此要求具備脈沖焊的高性能。

    最近的機器人用焊接電源，正逐步數(shù)字變頻化，通過焊接電源內(nèi)的高速CPU進行送絲裝置的伺服控制，對焊接電流電壓進行高速實時控制，以適應焊接速度的高速化、焊接次數(shù)的增加、再現(xiàn)性的確保以及脈沖焊接。

圖7為數(shù)字化變頻焊接電源的外觀圖。以保持短路焊接和脈沖焊接從低電流到高電流穩(wěn)定進行為特征，標配可以支持不銹鋼、鋁、鍍鋅板等的脈沖波形。

圖7 數(shù)字化變頻焊接電源

    Q6：機器人用的變位機有什么樣的特征？

    A6：工件姿勢會給焊接品質(zhì)帶來很大影響。通過將工件固定在機器人控制的變位機上，工件姿勢由機器人控制柜進行控制，使同步機器人動作并在最佳姿勢上完成焊接成為可能。

圖8 為機器人用變位機的外觀圖。機器人變位機中，有1~3軸類型，根據(jù)焊接形狀不同區(qū)分適用。還要根據(jù)搭載重量的不同區(qū)分使用適合的變位機。

    有時針對1個變位機，會配置2～4臺機器人進行高密度焊接。由于變位機可動，因此需要和機器人一樣采取安全措施。操作人員靠近變位機進行操作時，將對象變位機的伺服電源關閉。為安裝和取出工件，有時會將變位機安裝在行走軸上。

圖8 機器人用變位機

    Q7：今后的弧焊機器人會如何發(fā)展？

    A7：20多年前就有人開始對我說，弧焊會被粘合劑以及激光所代替。然而，現(xiàn)今弧焊非但沒有減少，反而大有增加，這其中機器人發(fā)揮了很大的作用。也許20年以后，即使機器人和焊接電源取得巨大進步，弧焊本身應該不會發(fā)生變化。現(xiàn)在努力學習和積累的弧焊經(jīng)驗，必將在今后成為寶貴的財富。

    期待大家今后的努力。