简论焊接机器人对汽车车身焊接的现状和发展

焊接机器人一般是指从事汽车车身焊接或涂胶作业的工业机器人。焊接机器人是工业机器人的一种推广，它是在工业机器人的末轴安装焊钳或涂胶枪，按照程序规定的参数、动作和顺序进行焊接、热喷涂作业，其优点在于完全自动化的过程，具有与外部设备进行信息交流的接口，可通过接口接受计算机或上级单位的控制命令进行工作。

一、焊接机器人的组成

焊接机器人是集机械、计算机、电子、传感器、人工智能等多方面知识技术于一体的现代化、自动化设备。焊接机器人主要由机器人和焊接设备两大部分构成。机器人由机器人本体和控制系统组成。焊接设备以点焊为例，则由焊接电源、专用焊枪、传感器、修磨器等部分组成。此外，还有相应的系统保护装置。

二、焊接机器人对车身焊接的现状

从本质上讲焊接是使用局部加热或加压，或同时加热、加压的方法，使连接处的金属变成塑性状态或熔化，在原子间的结合力作用下把两个或多个金属工件连接到一起的过程。汽车车身焊接生产线的发展通过从手工、(半)自动刚性、(半)自动柔性等不同阶段，现已慢慢成熟。目前，国内应用于汽车车身的焊接方法多种多样，最广泛常用的是电阻焊工艺。而在国外激光焊接机器人已经大量投入于生产中。

三、电阻焊工艺

汽车车身制造中最常用的焊接方法是电阻焊。它是对位于两极之间的工件施加一定的压力，当通电进行焊接作业时，工件电阻会产生大量热量使焊接处形成局部熔化，断电凝固后，在压力的作用下形成固定的焊点。

电阻焊的种类繁多，按工艺方法来分，有电阻点焊、电阻凸焊等。目前，在汽车车身制造中应用最广的焊接方法就是电阻点焊，特别是轿车的车身具有4000 6000个电阻点焊点，是一个典型的点焊结构件。

四、激光焊接技术

激光技术简单地说是利用激光聚焦装置发出巨大能量的聚集光束，当这聚集光束所产生的焦点靠近工件时，工仵就会在短时间之内熔化乃至蒸发，激光焊接技术就是应用了这一原理。激光焊接技术是当一定功率密度的激光照射到金属工件表面时，工件迅速熔化甚至气化，通过蒸汽压力的作用，被溶化处形成的小孔使激光束可直达孔底，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的重力和表面张力相平衡。当进行激光焊接时，小孔跟随着激光束做同样的移动，处于小孔前的熔化金属会绕过小孔到达后方，从而冷却形成焊缝。

激光焊接技术比起传统的点焊技术有其独特的优点：

1)焊接工艺性好，可以焊接异种金属也可以焊接深宽差别比较大的焊缝。2)焊接质量高，由于激光焊接是一种非接触工艺，因此消除了电极帽、电缆和电极杆的高频率维护和更换，同时这种非接触特性也解决了在电阻点焊中产生的零件变形、损坏等一系列影响。3)易实现自动化，激光焊接装置方便与其它装置配合，实现自动化焊接。目前激光焊接技术在许多先进国家的汽车工业中得到广泛应用，在中国目前仍处于推广应用中。

五、焊接机器人的发展趋势

汽车工业从产生到现在，作为工业国家的一个经济指标，在国民经济发展中具有不可掂量的地位，反映了一个国家的综合工业水平的能力，在国家发展中发挥着十分突出的作用。从历史上看，从工业化中期到完成工业化和现代化，每一个大国都是靠汽车工业的高速发展来带动完成这一过程的。汽车工业可以创造大量的岗位和制造商、提高国民生产总值以及带动相关产业发展、促进新技术发展等，对国家经济发展和社会进步有着关键作用。近年来，随着消费者对车外观的独特见解和个性化追求，汽车制造商的竞争越来越烈，车型(车身)更新换代周期变得越来越短，传统的单一生产线模式已经无法满足新型生产模式的要求，生产模式正在向着小批量、效率化、多样化、个性化发展。汽车制造商若要把握商机，占据市场有利位置，就必须积极的引进和采用先进的加工制造技术。

从机器人技术的发展方向看，焊接机器人和其他工业机器人具有一样的共性，在提高效率的同时向多样化和智能化方向发展。具体而言，重点表现在以下几个方面：

1)机器人操作结构。通过现代设计的方法，如研发轻质高强度材料等，优化设计其操作结构，解决设备产生动荡和提高汽车车身焊接速度等问题。2)机器人控制系统。开发开放式结构机器人控制器从而解决对结构封闭的机器人控制器的缺陷;采用模块化结构，优化控制柜的体积，进一步提高控制系统的易操控性和可信赖性;基于计算机标准化、网络化控制器发展。此外可以增加能够控制的轴数，进一步的提高焊点的正确性。3)机器人传感技术。开发多样化传感器以及实用化传感系统，提高焊点质量实现焊接时焊点自动追踪和车身焊接时各结构的自动定位等从而解决精度问题为确保焊接质量零缺陷达到可能。4)网络通信功能。随着网络通信技术对控制系统的开发，开发基于网络的机器人控制系统。如采用无线通信技术控制焊接机器人从而减少甚至避免人对焊接条件的恶劣性。5)虚拟机器人技术。虽然焊接机器人有效的减轻了工人的劳动强度，但是在设计时焊接机器人的末端与工件接触是否正确、运行是否平稳、能否保质保量的完成焊接等是一个关键。虚拟机器人技术是使操作者置身于远端环境中虚拟仿真作业，找出设计的不足，提高焊接机器人在工作过程的能力。

六、结论

随着计算机技术、自动化技术、网络信息技术等高新技术的发展和应用，传统的制造业在生产组织方式上已经发生了巨大的改变，已有的传统制造技术面临着新的格局。焊接机器人的发展就是一个很好的例子，它减轻了劳动工人的强度、提高了工作效率、改善焊点的质量以及焊接的恶劣条件。焊点机器人的发展已有一些历史，但在国内的发展与国外仍然很大差距，大多数先进的车身焊接生产线都是靠国外技术。面对新时期、新挑战，我们要借鉴国外的技术，研发具有自主产权的新型焊接机器人设备。