浅谈焊接机器人在汽车制造业中的应用技术及发展趋势

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　科技创新导报　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ

研　究　报　告

２００９　　ＮＯ．０２

Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ

科技创新导报

１　焊接机器人国内外应用现状

我国在２０　世纪７０　年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面都取得了长足的进步，对国民经济以及制造业的发展起到了积极的推动作用。据不完全统计，最近几年我国工业机器人出现了爆炸式增长，平均每年的增长率都超过４０％，在弧焊和点焊领域的增长率都超过了６０％。在２００５年顶峰过后，２００６年世界市场下降１１％，数量在１１２２０３台。不过，在三大工业区，欧洲，美洲，亚洲的发展差异很大。亚洲和美洲的销量于２００６年急剧下降。欧洲却收回了之前的失地，２００６年销往汽车行业的数量同比下降１７％，机器人销往金属制品，化工及食品行业的销量大幅度上升。

２００６年超过６１７００台机器人销售到亚洲地区，比２００５年减少了１９％。中国是亚洲第三大机器人市场，新装５８００台机器人，比２００５年增加了２９％。汽车工业仍是工业机器人的主要用户，但橡胶，塑料和电子工业同样获取利润。在美洲，机器人投资下降了１８％，大约１７９００台。尽管机器人销售到化工工业，包括橡胶和塑料工业，增加显著，这部分增加不足以弥补汽车行业急剧下降的部分。销往欧洲的工业机器人增加了１１％，３１５００台。总的累计年销售量，自从１９６０年底工业机器人被引入工业领域后，截至２００６年底数量已超过１７５００００台。许多早期的机器人，已经被淘汰，实际投入使用的工业机器人的库存因此降低。

工业机器人的全世界的市场计划从２００６年的１１２２００台增加到２００７年的１２３１００台。从２００８年开始，将以每年４．２％的速度增加到２０１０年的１３９３００台。

在２００７年，世界范围的工业机器人的供应量将增加１０％，汽车工业的投资也将比２００６年增长很多。欧洲，增加的需求已显

露出来，特别是在中欧，东欧，意大利，瑞典和德国。北美，汽车工业的竞争将导致机器人购买的增加。亚洲汽车厂商增加了大量投资在海外及国内市场，中国的需求也将适度增长。

２　激光焊接技术

激光焊接是指用激光作为焊接热源的焊接方法。激光焊接的特点是能量高度集中，温度可达几万度，熔化和冷却都很快，不用气体保护，适用于难熔金属和非金属焊接。它不受磁场的影响，不需要真空条件，可透过透明窗孔进行焊接。

汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、

降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处，目前已经被许多大汽车制造商和配件供应商所采用。激光焊接主要用于车身框架结构的焊接。

激光焊接技术是上海大众多次提到的汽车车身制造技术。上海大众之所以将激光焊接技术作为产品的卖点之一，是因为激光焊接与传统的点焊相比可以大幅提高车身刚度，令车身整体结构更加坚固。从制造商方面考虑，传统的点焊需要将焊接的两块部件互相搭接，无形中增加了钢材的消耗量。另外，点焊存在不连续性，板件的结合面积显然没有连续焊接的激光焊接多，从而降低了车体的刚度（相对于激光焊接）。

激光焊接可以实现钢材分子层面的结合，另两块钢板结合成一整块钢板，从而增加了结合强度，消除了板件之间的空隙，避

免了摩擦。激光焊接还具有连续性，传统的点焊由多个焊点组成，会产生漏点，而激光焊接形成的焊缝牢固而连续，没有漏点。激光焊接的其它好处是可以减少材料用量、提高尺寸精度与降低成本等（以往认为的激光焊接会增加成本的观点是比较片面的）。

奇瑞公司Ａ５系列轿车采用的激光钎焊系统由主控ＰＬＣ、激光焊接机器人、工装夹具、激监控系统、激光发生器、循环水冷却器和送丝机构等组成，其中主控ＰＬＣ负责与激光焊接机器人、工装夹具之间的通信及协调配合及整个系统的安全保护，机器人则主控激光发生器、循环水冷却器、送丝机构之间的通信、协同工作。

（１）主控ＰＬＣ。本系统的主控ＰＬＣ采用ＳＩＥＭＥＮＳ－Ｓ７－３００，ＣＰＵ为３１５－２ＤＰ。Ｓ７－３００是模块化中小型ＰＬＣ系统，它能满足中等性能要求的应用，特点是模块化，易于实现分布控制，易于用户掌握，而且当控制任务增加时可自由扩展。

（２）激光焊接机器人。该系统采用ＦＡＮＵＣ－Ｍ７１０ｉ工业机器人，控制柜型号为Ｒ－Ｊ３Ｉｂ，采用了新一代的交流伺服电机和基于３２位微处理器的智能控制器。内置ｓｅａｌｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ工具函数，可根据机械人的运行速度实时调节激光的功率和送丝速度。拥有ＲＳ２３２、ＭｏｄｅｌＡ／Ｂ、ＰｒｏｃｅｓｓＩ／Ｏ及Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等通信接口。

３　总结与展望

（１）随着科技的发展，工业机器人的性能更完善、价格会更低，其应用将越普遍，

神秘感消失。

（２）在我国从制造大国向制造强国转变的过程中，工业机器人的需求将快速增加，

机器人数量将成为衡量一个国家、一个企业加工能力的一个标志。

（３）未来的工业机器人将集成更多的功能，具有感知环境变化的适应能力，智能水平大幅提高。

（４）随着我国核工业、航天技术等的发展，以机器人为核心的遥控焊接成为新的研究热点。

参考文献

［１］林尚扬，陈善本，李成桐．焊接机器人及其应用［Ｍ］．机械工业出版社，２０００．

［２］王伟．２００３年世界机器人统计数据［Ｊ］．机器人技术与应用，２００５．

［３］何广忠．机器人弧焊离线编程系统及其自动编程技术的研究［Ｄ］．工学博士学位论文，哈尔滨工业大学，２００６．

［４］虞湘宾，等．小波变换的快速算法研究及其在图像处理中的应用［Ｊ］．电路与系统学报，２００２（６）．