工业机器人填补焊接差距（上）
制造业是很有魅力的。不需要再预定OPS会议以及供应商主动炫耀卖弄。关于制造设备的幕后图像在电视广告、网络平台和品牌故事中备受瞩目，其中一个原因是——机器人。为什么呢？这是因为机器人的魅力。 从合适的角度拍摄，它们巧妙地展示了先进的技术和工艺，成为了标志性品牌。在网上流传很广的特拉斯工厂参观视频中，机器人和热门汽车是焦点。
（有多个焊接机器人的无夹具弧焊单元，还有两个物料搬运机器人进行零件传送及定位）
全油门摩托车也非常配合。在Ninja H2的宣传视频中，Kawasaki给它们的底盘焊接机器人大特写。 多关节点焊机器人往往更抢风头，连同它们自身烟火闪烁的表演。但是烟火之下是先进的金属连接工艺。未来，我们会从激光钎焊，搅拌摩擦焊以及铝焊接中看到，一种新的、直观的运动学编程将使焊接机器人嵌入到更多角色中。 机器人激光钎焊 克莱斯勒200工厂的参观视频中重点介绍了机器人激光钎焊单元。直到最近，金属连接工艺很大程度上都不对外公开。在这种情况下，这次摄像机拍摄了引擎盖下、车顶上的一手资料。 过去这些年，机器人激光钎焊被用于高端汽车。 全球自动化供应商柯马公司的技术开发经理Mark Anderson说：“这个趋势开始了十年左右，最初用于豪华汽车。从广泛的汽车模型和制造中已经看到了它的价值。” Anderson描述了激光钎焊工艺以及它在汽车中如何应用。 “机器人激光钎焊就是我们使用激光将硅青铜填充材料熔合到接合处。它是一个很有美感的连接，在进行喷漆之前，只需要稍微修整和抛光。当正确完成焊接之后，连接在一起的两块面板看上去就像一块。大多数采用激光钎焊的汽车部件是车顶与侧面车身的组装，或者后备箱盖。” Anderson说顶部连接使用激光焊接是为了美观和节约成本。尽管前期投资直接二级管激光器系统的成本比较大，但是随着后续工艺的减少，总体成本会降低。 “因为传统的车顶沟槽采用点焊技术，他们一般会从车顶到侧面车身部分点焊，再用一个汽车密封机密封。然后，车顶沟槽会置入一些装饰条。” “有了激光钎焊，你只需要将硅青铜（焊丝）放入到车顶与侧面车身的连接处，再用刷子打磨硅青铜结合处，简单的清理和油漆。不用再密封，也不需要装饰条，你不必担心还需要安排生产匹配汽车颜色的装饰条。” “你有不同的理由对汽车后备箱使用激光钎焊。”Anderson解释说，“由于大量的掀背式汽车，他们希望汽车的后部有吸引人的外观，看上去像是一个圆形顶。为了获得这样的效果，你需要有两片组装，掀背车上半部掀起的时候要超出下半部很多。你不能通过单一的模压组装来完成，因此他们通常通过钎焊将上半部和下半部结合在一起。” “现在不少在马路上行驶的车辆都采用激光钎焊后备箱，并且这种现象似乎每年都在增加。”他补充说。 速度和质量的平衡 柯马公司的Anderson提到，当创建一个激光钎焊解决方案时，发生器的作用十分重要。特别是因为工艺需要诸多部件和供应商：机器人、激光光源、专门末端执行器以及消耗品。
（生产线上的机器人激光钎焊系统）
“当你把所有的零件拼合在一起，你必须明白设备中每个部件的约束条件。例如，当使用激光末端执行器时，我们需要结合光缆直径大小和聚焦透镜来选择使用的光点尺寸。” Anderson接着说：“我们不得不决定我们是想要钎焊对焦还是不对焦，以满足客户对质量和速度的期望。在设备选择中必须做出让步才能将焦点集中在质量或者速度上。这是一个非常谨慎的平衡。” 他说，任何能够在接缝处平缓移动的机器人都可用于激光钎焊。 激光末端执行器也是很灵活的装置，因此如果部件或连接处有变化，它可以采用其他方式的激光焊接头。它的作用相当于一个减震器。当焊接头穿过车顶或后备箱时，保证激光束一直对焦。最重要的是机器人从开始执行到完成动作，它能保持平缓的移动。如果有任何类型的振动，或者如果机器人的运动路径或轨迹有出现任何差错，你将会在激光钎焊中看见。 Anderson解释说设备中最关键的部件之一是焊线传送系统。 “焊线是非常重要的部分。这就是你真正谈及和接触的地方。有相当多的消耗品：焊线、焊线接头、焊线套和导向轮。” 他说，柯马与值得信赖的供应商合作，例如 ABICOR Binzel，以确保可靠的设备和消耗品应用。 灵活的隐形缝 机器人将柔性自动化带入到激光钎焊工艺中，机器视觉让他们有了视觉感知。 “和固定模具相比，使用机器人进行激光钎焊有很多优势，”Anderson说。 “这是一个非常灵活的工艺，它可以在车身制造车间处理多个模型，从大型SUV到小型化紧凑型轿车。它减少每辆车的零件成本。末端执行器的头有多种关节轴可以适应连接，以确保我们能够对焦和正确钎焊，即使零件或者连接处发生变化。”
（激光钎焊系统的机械臂末端工具）
机器人视觉引导被用在车顶钎焊工艺。 Comau’s RecogniSense?系统采用的是固定式的2D摄像头和3D视觉导航软件，将激光钎焊末端执行器引入到车顶沟槽。而对于后备箱盖的操作，Anderson说被钎焊的零件是直接连接到固定装置上，因此视觉引导没有必要。 机器人激光钎焊选择的接头是车身接头。这样做的好处是车顶与侧围之间，或者后备箱上半部和下半部之间都维持恒定接触。Anderson说这样提供了稳健、可重复的连接并且确保部件装配合适。 “正确的完成焊接车顶或者后备箱焊操作后，它们看上去就像一件精雕细琢的珠宝。”他补充道。 Anderson表示现在柯马专注于汽车行业的机器人激光钎焊。但结合他自己技术背景，他认为家电行业也可以借用这项技术，因为该行业也很讲究连接美感。 “到2015年，将会推出有超过15款车型是采用激光钎焊车顶。”Anderson说。它们来自所有主要OEMs供应商。激光钎焊将会发展起来。在接下来的几年里，我肯定你会听到更多相关的系统。” 搅拌摩擦焊 另外一个汽车连接工艺是势头正猛的搅拌摩擦焊（FSW）。利用摩擦热和锻造压力，FSW实现了高强度结合，具有焊接热影响区变化小以及焊后基本不变形的优势。 铝焊接 搅拌摩擦焊用在铝连接中，尤其是铝挤压型材。总体上看，铝焊接正处于不断增长的趋势。许多轻质铝被用于汽车制造，由于它的燃油经济性。 柯马的Anderson也注意到越来越多铝焊接使用铝焊丝。 “这个工艺和激光钎焊非常相似，但是这个焊接工艺会熔化母材，并且有一个连接缝。”他说，（钎焊和焊接的一个区别在于前者不熔化基底金属）。“这两种工艺都用在相同的车顶槽沟区域上。如果车辆是铝，就使用铝焊线（硅青铜则用于钎焊工艺）。采用何种工艺，严格地按照汽车材料是钢还是铝。” 其他机器人集成商也都注意到了这种趋势。 “铝制汽车是现在的市场走向，航空和造船行业也如此。”来自爱荷华州的自动化解决方案供应商——Genesis Systems Group公司的应用工程经理Ben Woomer说。“我们看到越来越多铝材正用于造船行业。我们正在建立机器人系统，焊接部件能用于这个行业，或者系统能够深入到造船工艺中。” Woomer说在造船行业中大部分铝应用是熔化极气体保护焊（GMAW）。他也指出，使用铝材时还有些特别事项要注意。 装配是关键，干净的母材同样也是。供料能力，或者说是送丝能力，是重要的组成部分。铝焊接中通常使用推拉式焊枪。先利用送丝装置推丝，当焊丝到达焊枪枪口的时候，借由电机拉动软管中的铝焊丝，保证送丝更加畅通。另外，电力公司也做了很多努力来提高和铝焊接有关的工艺和波形。 他说这种焊接的优势包括起点质量好，少飞溅和热量输入可控。 “在焊接结束的时候，很容易消除填充物。”他补充道。
但机器人无法独自完成所有工作。他们需要熟练的技术人员来编写他们的焊接路径程序。或者技术人员能做到？
未完待续......(..•˘_˘•..)