基于焊管定位的焊接机器人寻位技术

基于焊管定位的焊接机器人寻位技术

随着工业现代化进程的加快，自动生产线（系统）已成为制造行业的目标，机器人通常是自动生产系统的核心组成部分。智能化机器人因其稳定的生产质量,高的生产效率以及对复杂恶劣环境的适应性而在工业生产尤其是汽车生产行业中迅速普及并不断发展。焊接领域是机器人的重要应用领域,就目前焊接机器人普及程度最高的汽车制造行业来看,主要是以点焊为主且发展较为成熟,小巧的产品体积和精密的工装夹具保证了工件的准确定位从而保证了机器人的精确焊接。然而在工程机械行业等大型装备制造领域焊接机器人主要以气体保护焊为主,并且由于工件的体积较大,下料和工装定位误差较大增加了机器人焊接的难度。为提高自动焊接的准确程度,焊缝的准确寻位就成了保证焊接质量的关键因素,本文主要介绍了应用FANUC机器人进行中厚板开坡口对接焊时的编程方法和注意事项。FANUC弧焊机器人采用R-30iA控制软件,机器人本体有6根轴定义为Group1,1根附加轴定义为Group2,附加轴为一组头尾对置式夹紧工装,可使工件做360°旋转。1工件位置的影响本文所适用的对象主要是工程机械行业中常用的厚度在10mm以上的钢板对接焊缝并开有V型或Y型坡口,焊接位置以平焊为主。在装备制造行业由于所生产的产品体积较大,下料、组对均会存在一定的误差,在工装上定位夹紧后就会使得不同工件的焊缝位置产生较大的偏移从而影响生产线上机器人的焊接精度和产品质量。在这种情况下,焊缝寻位和坡口大小度量的精确程度就成了影响机器人焊接质量的关键因素。2编程概念分析2.1口的寻位当工件组对及定位误差较大时,为保证焊丝能够准确到达焊缝坡口中央,焊前就必须要进行坡口的寻位。本文介绍的寻位方法是所谓的“扎针法”,即在距坡口超出其可变误差范围的距离处搜寻母材在z(高度)方向的尺寸变化,并以一定的步进距离向坡口方向靠近,当z向的尺寸变化超过设定值(如2.5mm)时即认为焊丝深入到了坡口内,即搜寻到了焊缝的位置。2.2自动搜寻坡口并确定焊接及摆弧参数的影响由于下料及组对产生的误差会引起焊缝坡口尺寸的不均匀变化,如果使用固定的焊接参数就可能会造成焊缝坡口填不满或者咬边等缺陷,这种情况下就要求机器人能够自动搜寻坡口的宽度并确定相应的焊接及摆弧参数。3焊接程序的设计对接焊缝的总程序包含坡口搜寻、数值计算、参数条件判断和焊接程序。应该注意的是在编辑寻位程序之前应编辑指令将程序中所用到的数据暂存器(R)和位置寄存器(PR)中的数值进行清零,以免在寻位和计算时出现调用错误。3.1坡口中心偏移量的搜寻下面的子程序主要是对接焊缝高度z(方向)、长度(x方向)边界以及坡口中心(y方向)偏移量的寻位,长度较短的直焊缝的搜寻位置主要是靠近坡口的两端处,如下图1所示。焊缝较长时适当增加寻位数量,当然搜寻位置越多焊接的精确度也会越高,但耗时会相应增加。(1)寻找焊缝z方向的偏移量3.2寻程序的计算通过坡口搜寻来判断焊缝坡口中心位置和坡口宽度的变化量,并使机器人以此为依据自动判断选择焊接条件。(1)搜寻程序(2)计算程序上述程序中呼叫的子程序PANDUAN1和PANDUAN2分别是焊接速度值(R)和摆弧条件(R)的判断程序,操作者可以根据所焊接的具体工件的坡口大小进行相关的试验后确定判断结果的选用参数并存储到相应的参数条件中。示例如下:PANDUAN2中R所存储的摆弧条件的具体参数值操作者可以根据需要自行设定。3.3匹配焊接层数的确定对接焊缝的焊接程序编制较为简单,主要是将以上搜寻计算得到的焊缝偏移量和焊接条件附加到焊缝的起止点上,具体的焊接层数可根据坡口大小和焊接工艺文件设定,填充和盖面焊时应将焊枪适当抬高。4两种曲面误差(1)在坡口寻位时焊丝的伸出长度一般可设置为25mm左右,以保证焊丝能够深入到坡口中并且不致撞枪;另外要保证伸出焊丝的平直度,否则焊丝弯曲会造成寻位误差从而影响焊接质量。在焊接时焊丝的干伸长一般应为焊丝直径的10到12倍,干伸长过大会将空气卷入保护气体中影响保护效果和电弧稳定性;干伸长过小则会造成由焊接飞溅引起的焊枪堵塞以及熔池观察困难,甚至会造成撞枪。(2)多层焊接时要保证填充焊不应过高,应距离坡口表面约2mm左右,填充焊过高不仅会使盖面焊的焊缝余高过大还会使得机器人的电弧跟踪功能(TrackTAST)效果变差,甚至会引导焊枪焊到坡口以外。5根据实际采样数据的确定初步确定焊缝外的下转中厚板对接焊缝的机器人编程重点在于焊前的焊缝坡口寻位和偏移量的计算判断,焊接时采用焊接参数的渐变指令以保证坡口尺寸发生变化时的焊接质量。焊接条件中的具体焊接参数应根据工件的坡口大小通过不断的试验来优化确定,只有这样才能得到理想的焊接质量。(2)寻找焊缝两端x方向的偏移量(3)搜寻坡口中心的偏移量机器人搜寻的起始位置应大于焊缝坡口的可变误差范围并向坡口方向逐次“扎针”搜寻。注意,在编程时此处应加暂停指令(PAUSE)运行到此处时程序暂停,将用到的接触条件关闭,然后删除暂停命令并重新运行1-14步。运行到此处时暂停一下,查看一下R里面的数据。15:R=R