材料成形装备及自动化樊自田.pptx

内容提要4.4 激光焊接设备4.4.1 激光焊原理及分类4.4.2 固体激光焊接机4.4.3 气体激光焊接机 4.5 焊接机器人4.5.1 概述4.5.2 点焊机器人4.5.3 弧焊机器人 8/27/20241第四章第四章金属连接成形设备及自动化金属连接成形设备及自动化 4.4 激光焊接设备 激光焊(Laser Welding)是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的一种高效精密的焊接方法。因而激光焊在汽车、钢铁、船舶、航空、轻工等行业得到了日益广泛的应用，特别是随着航空航天、微电子、医疗及核工业等行业的新材料及特殊结构的出现，更显出激光焊的优越性和重要作用。8/27/202424.4.1 激光焊原理及分类 1.激光焊接的原理 激光焊接时，激光照射到被焊材料的表面，与其发生作用，一部 分被反射，一部分进入材料内部。激光在金属表面0.010.1m的厚 度中被吸收转变成热能，导致金属表面温度升高，再传向金属内部。如果被焊金属有良好的导热性能，则会得到较大的熔深。激光光波入射材料时，材料中的带电粒子依着光波电矢量的步调 振动，使光子的幅射能变成了电子的动能。经过一定过程再转化为热 能。同时，光子在轰击金属表面时还伴随着产生强烈的金属蒸气，而 可减少激光能量的反射。8/27/202438/27/202442 激光焊分类 激光焊通常按激光对工件的作用方式以及作用在工件上功率密度进行分类。按照激光发生器工作性质的不同，激光有固体、半导体、液体、气体激光之分。按照激光对工件的作用方式和激光器输出能量的不同，激光焊可分为连续激光焊和脉冲激光焊。按照激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同，激光焊可分为传热焊（功率密度小于105W/cm3）和深熔焊（锁孔焊）。8/27/20245表4-7 焊接用激光器的特点激光器激光器波长波长/m/m工作方工作方式式重复频重复频率率/Hz/Hz输出功率或能输出功率或能量范围量范围主要用途主要用途红宝石激光器红宝石激光器0.69430.6943脉冲脉冲01011100J1100J点焊、打孔点焊、打孔钕玻璃激光器钕玻璃激光器1.061.06脉冲脉冲01/1001/101100J1100J点焊、打孔点焊、打孔YAGYAG激光器激光器1.061.06脉冲脉冲/连续连续040004001100J/1100J/02kW02kW点焊、打孔点焊、打孔焊接、切割、焊接、切割、表面处理表面处理封闭式封闭式COCO2 2激光激光器器10.610.6连续连续-01kW01kW焊接、切割、焊接、切割、表面处理表面处理横流式横流式COCO2 2激光激光器器10.610.6连续连续-025kW025kW焊接、表面处焊接、表面处理理快速轴流式快速轴流式COCO2 2激光器激光器10.610.6连续连续/脉冲脉冲050000500006kW06kW焊接、切割焊接、切割4.4.2 固体激光焊接机8/27/20246 固体激光器中最常用的是红宝石、钕玻璃（即掺Nd3+玻璃）和掺钕钇铝石榴石（Nd3+：Y3Al5O12,简称Nd：YAG）。固体激光焊接机主要包括固体激光器、导光装置和数控工作台等部分组成。（1）Nd：YAG激光器 激光器由Nd：YAG棒、聚光器、泵灯（脉冲氙灯）和电源等部分组成，如图4-69所示。（2）导光装置 导光装置也可称为光学系统,它包括激光束的传播、聚焦系统和观察系统。如图4-70所示8/27/20247 图4-69 Nd：YAG激光器结构原理图1-全反射镜 2-Nd：YAG棒 3-聚光器 4-部分反射镜 5-激光6-泵灯 7-触发电路 8-贮能电容 9-高压充电电源8/27/20248图4-70 Nd：YAG激光器的光路系统示意图8/27/20249 激光束的传播、聚焦系统负责把激光传输到焊件上，同时起到光束变换作用。这个系统由反射镜、透射镜和光纤等光学元件组成。1）反射镜 反射镜有普通反射镜和聚焦反射镜二种。前者的镜面（辐射面）一般为平面，起变换激光传输路线的作用；后者的镜面一般为凹面，常见的是球面和抛物面，起聚焦和换向作用。2）透射镜 透射镜多为聚焦透射镜。有时在平面透射镜的表面镀功能膜，制成复合透射镜，以调整光的透射率（谐振腔的激光输出窗口）。聚焦透镜和平面反射镜组合成平面镜透镜聚焦系统是激光焊接的常用光路（见图4-70中所示）。8/27/2024103）光束光纤传输系统 目前可用石英光纤来传输的激光波长是1.06m，它的传输损耗小，YAG固体激光器输出的激光波长正好是1.06m。将光纤引入到固体激光器的激光束的传输系统中来有以下好处：导光系统柔性大被焊工件可以放置在远离激光器的地方。4）观察系统 观察系统的作用是观察加工工件的配合状况，使激光束准确地对准被加工部位，监视激光加工过程和成形质量。特别是在激光微型焊接机的光路系统中，因为激光聚焦光斑都在零点几毫米范围内，故观察对准系统可采用数十倍的显微放大系统、屏幕显示系统或闭路电视系统。8/27/202411（3）工作台 激光焊接机的工作台就是承载被焊接工件的，并与激光束作相对运动，其运动轨迹有直线、矩形、圆形和任意复杂形。实现激光束与工件作相对运动的方法有很多。常用的方法是激光束不动，用数控或微机控制工作台运动。运动有二维、三维和五维等，先进的工作台已经达到六轴联动。当工件较重时，也采用工件不动，激光束运动的方式。这时光束的运动是通过反射镜、透镜或聚焦镜等光学部件的运动来实现的，如反射镜沿极坐标运动。8/27/2024128/27/2024138/27/202414 气体激光焊接机主要指的是CO2激光焊接机，它同样由激光器、导光装置和数控工作台等部分组成。（1）CO2激光器 在实用的激光器中，唯一能够连续输出高功率的是CO2激光器，它是目前工业应用中数量最大、最广泛的一种激光器。因其输出功率大、电光转换效率高（1025%）,结构牢固可靠，操作维修方便和对工作环境要求不高等优点而受到用户的欢迎。根据加工对象和加工目的不同，CO2激光器的输出功率范围可以从几十瓦到几万瓦，输出激光模式可以在多模、低价模到基模之间选择。通常所说的高功率CO2激光器，是指多模，其功率大于1000W；低价模（或基模），其功率大于500W。为了提高CO2激光器的输出功率和稳定性，除工作物质CO2外，还加入了不同含量的辅助气体N2和He，通常最佳气压比为CO2:N2:He=1:7:20,实际成为混合气体。4.4.3 4.4.3 气体激光焊接机气体激光焊接机8/27/202415 根据气体流动方向、放电方向和光轴方向的相互位置不同，高功率CO2激光器在结构上可分为横向流动CO2激光器和纵向流动CO2激光器两大类：a.横向流动CO2激光器采用三轴正交结构，即气流方向、放电方向与光轴方向三者相互垂直；b.纵向流动CO2激光器采用三轴同轴结构，即三个方向一致。1）纵向流动CO2激光器 .折叠封离式纵向CO2激光器 在中、小功率的CO2激光器中，通常采用折叠式纵向CO2激光器，如图4-71所示。工作气体不流动且密封在放电管内，通过管壁来冷却气体，其输出功率与管长成比例增加，而与放电管直径关系不大。为了提高激光输出功率，且使激光器结构紧凑，大功率CO2激光器的放电管采用折叠式结构。8/27/202416.纵向流动式CO2激光器 输出功率近千瓦到几千瓦的纵向CO2激光器，一般都是纵向流动式的连续CO2激光器，如图4-72所示。它改封离式中工作气体不流动变为流动的。其基本结构可分为5个部分：自动气体混合控制器；双层管壁结构的特殊玻璃振荡管，管内流动着混合气体，管外为冷却水或冷却油的循环系统；激光谐振腔；电源电流控制装置；真空泵冷却装置。8/27/202417图4-71 折叠封离式纵向CO2激光器示意图a）直管式 b）折叠式8/27/202418图4-72 快速轴流CO2激光器示意图1-后腔镜 2-高压放电区 3-输出镜 4-放电管 5-高速风机 6-热交换器8/27/2024192）横向流动式CO2激光器 如图4-73所示为横向流动式CO2 2激光器结构简图。它主要由6个部分组成：激光器外封壳体，激光电源、放电盒（含阴、阳电极）激光高速风机、光学谐振腔、热交换器及导流系流。工作时，工作气体沿着垂直于光轴的方向流动，并在较大面积内接受电场激励，在谐振腔内的停留时间短。虽然气体流速不很高（50m/s），但流量大，导致激光器有较大的激活体积，单位长度输出的功率很高，可以达到25KW以上。工业用横流CO2 2激光器，电激励两电极结构目前主要有管（阴极）板（阳极）放电结构和针（阴极）板（阳极）放电结构两种。后者在高功率CO2 2激光器中占主导地位。高功率横流CO2 2激光器的谐振腔主要有稳定腔（包括多折腔）和非稳腔两种。稳定控多为多模输出，主要适用于激光热处理等工艺；非稳腔可输出单模环形光束，适用于激光切割和焊接工艺。图4-73即为一种采用多折腔和管一板放电结构的横流CO2 2激光器简图。8/27/202420图4-73 横流式CO2激光器示意图1-平板式阳极 2-折叠镜 3-后腔镜 4-阴极 5-放电区 6-密封壳体 7-输出反射镜 8-高速风机 9-气流方向 10-热交换器8/27/202421图4-74针板式横向激励CO2激光器电源工作原理框图8/27/202422（2）导光装置 导光装置是高功率CO2激光器中将光束引导到被加工的工件上的重要部件。图4-75为单向导光系统示意图。对聚焦部分而言，一般采用损耗少的简单聚焦系统，透镜材料选用砷化镓，因为此材料对10.6m波长的激光吸收系数很小，具有较高的热传导率，较小的热膨胀系数和较高的机械强度，光学均匀性好，且不易潮解。图4-76为单透镜聚焦系统。在高功率激光加工系统中，许多情况下都采用球面反射镜聚焦系统，如图4-77所示。8/27/202423图4-75 单向导光系统示意图 8/27/202424图4-76 单透镜聚焦系统 8/27/202425图4-77 球面反射镜聚焦系统8/27/202426（3）工作台 高功率CO2激光焊接工作台的要求基本上与固体激光焊工作台差不多。图4-78为数控五轴联动激光加工机。该机自动控制和伺服推动等多项技术，能完成平面和三维曲面的激光加工，主要用于汽车制造厂的车身模具制造维修中的热处理与表面熔覆及汽车大型覆盖件和梁类零件进行激光切割与焊接。图4-79为该机的电气控制系统框图，由五轴联动计算机数控（CNC）和伺服驱 动单元、系统逻辑控制单元、激光焦点位置控制单元以及示教单元组成。8/27/202427图4-78多用途数控五轴联动激光加工机结构图1-主机 2-横流激光器 3-电器控制系统8/27/202428图4-79 五轴联动激光加工机电气控制系统框图4.5 焊接机器人4.5.1 概述 焊接机器人是工业机器中的一种，是机器人与现代焊接技术相结合的、用以完成焊接作业任务的典型机电一体化产品，在各国机器人应用比例中约占总数的40%60%。目前我国大约有超过600台焊接机器人用于实际生产，主要集中在汽车、摩托车和工程机械行业中用于点焊、弧焊等工作。8/27/2024298/27/202430焊接机器人的主要优点有：（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性；（2）提高生产率，一天可24小时连续生产；（3）改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；（4）降低对工人操作技术的要求；（5）缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投；（6）可实现小批量产品焊接自动化；（7）为焊接柔性生产线提供技术基础。8/27/202431焊接机器人就其技术发展进程可大至分为三代：第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人，对环境的变化，设备的应变能力差，这是目前焊接生产中广泛使用的机器人。第二代机器人是在第一代机器人上配置了感知系统（视觉、力觉等），对环境的变化可进行一定范围的适应性调整，称为适应型机器人，这类机器人已进入实用阶段。第三代机器人不仅具有感知功能，还能根据人的命令或按照所处环境，自行作出决策和规划动作，即按任务自行编程进行作业，称为智能型机器人。这类机器人目前仍处于研制阶段。第一代示教再现机器人的基本结构如图4-80所示，一般由三个相互关联的部分组成，即机械手总成、控制器总成和示教系统。8/27/202432图4-80 机器人的基本结构8/27/202433 机械手总成是机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、机器人臂、关节、末端操作器和内部传感器等组成。它的任务是精确地保证末端操作器所要求的位置、姿态和实现其运动。驱动器大多由伺服电机、电源、功率放大、伺服控制、测角器、测速器和制动器组成，用于控制各关节的运动，一般一个关节一个驱动器。目前焊接机器人最常用的是全关节型（56个自由度）机器人，其位置和姿态全部由旋转运动实现，如图4-81所示，其优点是机构紧凑，灵活性好，占地面积小、工作空间大，可获得较高的末端操作器线速度。8/27/202434图4-81 全关节型机器人 8/27/202435 控制器是机器人的神经中枢，它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成。软件包括控制器系统软件、机器人专用语言、机器人运动学及动力学软件、机器人自诊断及自保护功能软件等。控制器负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。示教系统是人与机器人交互接口。为使机器人完成规定的任务，在工作前由操作者把作业要求的内容（如机器人的动行轨迹、作业顺序、工艺条件等）预先交给机器人，同时机器人将其示教的内容按顺序，精确地存入控制器计算机系统的相应存储区，记忆下来。示教结束的同时，控制器就会自动生成一个执行上述示教参数的程序。当需要机器人工作时，只要给机器人一个起动命令，机器人就会精确地一步步重现示教的全部动作。示教是目前工业机器人所采用的主要编程方法，是在真实作业环境中的在线编程。4.5.2 4.5.2 点焊机器人点焊机器人 点焊机器人约占国内焊接机器人总数的45%左右，最常用的是直角坐标式（24个自由度）和全关节式（56个自由度）点焊机器人。全关节式机器人既有落地式安装，也有悬挂式安装，在驱动型式方面多采用直流或交流伺服电机驱动。（1）点焊机器人的基本组成 点焊机器人大体可由三大部分组成，即机器人本体、控制系统以及由阻焊变压器、焊钳、点焊控制器和水、电、气路等组成的焊接系统，如图4-82所示。8/27/202436 点焊机器人本体主要指其机械部分。机械部分通常由机体、臂、手腕和焊钳（末端执行器）组成。关节式机器人的前三个自由度，即机体腰轴的回转，肩（大臂和机体连接处）轴的仰俯和肘（大臂和小臂连接处）轴的屈伸可把焊钳送到一定的空间位置；后三个自由度，即手腕的三个关节运动使焊钳以一定的角度（姿态）对准焊点。8/27/202437图4-82 点焊机器人组成框图8/27/202438 点焊机器人的控制系统由本体控制部分及焊接控制部分组成。本体控制部分主要实现示教再现、焊点位置及精度控制。焊接控制部分主要指的是焊接系统中的点焊控制器。它是一相对独立的多功能点焊微机控制装置，可实现：.点焊过程时序控制，即预压、加压、焊接、维持、休止，每一程序周波数设定范围099（误差为0），如图4-83所示。.焊接电流波形的调制机电流大小的控制；.同时存储多套焊接参数；.自动进行电极磨损后的阶梯电流补偿、记录焊点数并预报电极寿命；.故障自检，对晶闸管超温和单管导通、变压器超温、电极粘结以及水压、气压等故障进行显示和报警，直至自动停机；.与机器人控制器及示教盒的通信联系；.断电后系统内存数据不丢失。为了统一管理，现在点焊机器人将点焊控制器作为一个模块安装在机器人控制器系统内，由主计算机统一管理和编程预置多种参数。8/27/202439 图4-83 点焊机器人焊接循环 T1点焊控制器控制 T2机器人主控计算机移位控制 T焊接周期 fw电极压力 I1、I2、I3焊接电流8/27/202440（2）点焊机器人系统的选择 机器人要完成焊接作业，必须依赖于控制系统与辅助设备的支持和配合。完整的焊接机器人系统一般由如下几个部分组成：机器人本体、变位机、控制器、焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等。如图4-84所示，为点焊机器人系统基本组成。8/27/202441 图4-84 点焊机器人系统基本组成1-机器人本体 2-机器人控制柜 3-控制电缆 4-点焊定时器 5-点焊钳 6-电极修整装置 7、8、9、10-气、电、进 水、出水管线 11-安全围栏8/27/202442焊接机器人系统按复杂程度，可出现三种组成形式：.焊接机器人工作站 这种系统最简单的形式就是一台机器人和一个工作台，无需变位机，工件被夹具固定在工作台面上进行焊接。但实际生产中，工件被焊接处往往需要变位，以利于焊点或焊缝处于机器人可达位置。.焊接机器人生产线 这种系统实际上是将多个工作站连成在一条生产线上进行作业。工件在生产线上流动，每个站只能在规定的时间内完成预定程序的焊接作业。.焊接柔性自动生产线 为了适应现代产品更新换型快，生产的批量少、品种多的特点，可按准时制造（Just-in-time manufacture，缩写为JIT）或无库存的生产管理方式也可以说按订单生产，这时采用机器人柔性自动生产线是比较合适的。所谓柔性自动生产线,即利用机器人可以储备多套程序,只要更换工件的夹具并调出相应的程序就可以焊接另一种工件，因此在生产线上设置识别传感器，一旦新的工件被识别，机器人的初始状态进入当前程序的执行。8/27/202443 简易点焊机器人工作站是一种能用于点焊生产的、最小组成的一套焊接机器人系统。凡是在焊接时工件可以不用变位、而机器人的活动范围又能达到所有焊点位置的情况下，都可以采用这种系统。它由点焊机器人（包括机器人本体、机器人控制柜、编程盒、一体式焊钳、定时器和接口及各设备间的连接电缆、压缩空气管和冷却水管等）、工作台、工件夹具、电极修整装置、围栏和安全保护设施等部分组成（参见图4-93），其中一体式焊钳是机器人的末端执行器，也是焊接系统的组成部分。是机器人执行点焊的重要部件。4.5.2 4.5.2 点焊机器人点焊机器人8/27/202444 一体式焊钳的种类和选择 一体式焊钳有C型和X型两种，如图4-85所示为常用的基本结构形式。焊接时，根据工件形状，材料、工艺参数及焊点的位置来选用焊钳的形式，电极直径、电极间的压紧力、两电极的最大开口度和焊钳的最大喉深等，一般来说，垂直及近于垂直的焊点位选C型焊钳；水平及近于水平的焊点位选X型焊钳。另外，一体式焊钳的重量也是选用多大负载能力的点焊机器人的依据，这时一般可选负载100120Kg的机器人。8/27/202445图4-85 一体式点焊钳的基本结构形式a）C型 b）X型1-电极移动气缸 2-变压器 3-与机器人连接的法兰8/27/202446图4-86 双点焊机器人的工作站1-工件输送轨道 2-轿车车身侧板 3-工件夹具 4-点焊机器人8/27/2024474.5.3 4.5.3 弧焊机器人弧焊机器人 弧焊机器人的应用范围很广，在需要机械化和自动化的弧焊作业场合，都可以采用弧焊机器人，并且特别适合多品种、中、小批量的生产。弧焊机器人有直角坐标式、SCARA式（水平关节型）和全关节式几种，最常用的是全关节式。按弧焊工艺又常将弧焊机器人分为熔化极弧焊机器人和非熔化极弧焊机器人。还有等离子弧切割、激光切割和焊接等热加工工艺机器人。8/27/202448（1）弧焊工艺对机器人的基本要求 相对点焊来说，弧焊工艺过程要复杂得多。弧焊机器人焊接操作是复杂的空间位移、相适应的焊枪姿态和优选的工艺参数的协调合成，机器人系统一方面要以较高的位置和姿态精度沿着焊缝移动焊枪，另一方面在运动过程中要不断协调焊接工艺参数。因此，弧焊工艺对机器人的基本要求有：.按焊件材质、焊接电源及焊接方法选择合适种类的机器人。8/27/202449 .弧焊作业均采用连续轨迹控制（Continuous Path control，CP），使工具中心点（TCP），即焊丝端头按预期的轨迹、姿态和速度运动，其重复定位精度为0.10.05mm，同时还必须具有较高的速度稳定性，以适应不同焊接速度的要求；.弧焊机器人负载能力都在316kg，常选用8kg左右；.弧焊机器人应具有以下重要的相关功能：焊缝自动跟踪；焊缝始端检出，定点摆弧及摆动焊接；熔透控制；多层焊接控制；防碰撞及焊枪矫正；清枪剪丝和较强的故障自诊断 .可采用离线示教方式。由于弧焊工艺复杂，现场示教会占有大量生产时间，因此有条件的地方应采用离线编程，其方法一是在生产线外另安装一台所谓主导机器人，用它模仿焊接作业的动作，然后将生成的示教程序传给生产线上的机器人；方法二是借助计算机图形技术，在显示器上按焊件与机器人的位置关系对焊接动作进行图形仿真，然后将示教程序传给生产线上的机器人。随着计算机技术的发展，后一种方法将会越来越多地应用于生产中，并得以向自动编程的更高阶段发展。8/27/202450（2）弧焊机器人系统的基本组成 弧焊机器人系统的基本组成应包括机器人本体、机器人控制器、焊接系统、工作台、变位机和外围设备等，如图4-87所示。1）机器人本体就是机械手或称操作机，是弧焊机器人的操作部分，焊枪和送丝机安装在机器人的上臂及腕部，其运动轨迹、精度由控制器控制。2）焊接系统 焊接系统包括有弧焊电源、送丝机和焊枪，以及焊缝跟踪传感器等。弧焊电源 弧焊电源的配置是保证弧焊机器人焊接质量的关键，特别是熔化极气保焊电源的配置。其要求有：a）负载持续率要高，容量要大，以满足机器人长时间焊接的需要而不使电源升温过高；b）具有外特性控制功能 通过不同算法可获得恒流特性、恒压特性和其它不同形状的外特性，以满足各种弧焊方法和场合的需要；8/27/202451图4-87 弧焊机器人系统的基本组成1-弧焊机器人 2-工作台 3-焊枪 4-防撞传感器 5-送丝机 6-焊丝盘 7-气瓶 8-焊接电源 9-三相电源 10-机器人控制柜 11-编程器8/27/202452 c）具有动特性控制功能 对于CO2短路过渡焊等负载变化较大的场合，能提供合适的di/dt和Im的控制，以使焊接过程平稳，减少飞溅；d）具有预置焊接参数功能 根据不同的焊丝直径、焊接方法、工件材质、形状、厚度、坡口形式等进行预置焊接参数，再现记忆，监控各组焊接工艺参数，并根据需要实时变换参数；e）具有焊接电流波形控制功能；f）具有与中央计算机双向通信的能力。图4-88为一种配有逆变式弧焊电源的弧焊机器人系统。此系统采用 积木式结构，硬件上保留逆变电源的本体（包括功率主电路和必要的电压、电流检测元件），通过编程由计算机软件来控制焊机的外特性、输出波形，因此更适合焊接机器人的柔性加工。8/27/202453图4-88 机器人逆变式弧焊电源系统组成框图8/27/202454 .送丝机和焊枪 送丝机的结构有一对送丝辊轮的，也有两对辊轮的；有一电机驱动和两电机驱动的。当采用药芯焊丝时，由于焊丝较软，辊轮的压力不能象实心焊丝那么大，为了保证足够的送丝推力，选用两对辊轮的更好。使用铝材焊丝时，一定要用推-拉丝双驱动送丝机，以保证送丝可靠。对填丝脉冲TIG焊，可选用具有脉动送丝功能的送丝机。8/27/202455 目前，弧焊机器人都将送丝机安装机器人的上臂的后部上面与机器人组成一体，使连接送丝机和焊枪的送丝软管短，增加了送丝的稳定性。但对要求在焊接过程中进行自动更换焊枪（变换焊丝直径或种类）的机器人，必须选用将送丝机与机器人分开安装的方式。弧焊机器人用的焊枪大部分和手工半自动焊用的鹅颈式焊枪基本相同，其弯曲角一般都小于450，可以根据工件特点选用不同角度，以保证焊枪的可达性。8/27/202456.焊缝跟踪传感器 目前最普及的焊缝跟踪传感器为电弧传感器，它利用焊接电极与工件之间的距离变化所引起电弧电流或电压变化这一物理现象来检测坡口中心，因不占用额外空间而使机器人的可达性好。同时，因是直接从焊丝端部检测信号，易于进行反馈控制，信号处理也比较简单，特别是由于它的可靠性高、价格低而得到了较广泛的应用。另一种基于三角测量原理的激光视觉焊缝跟踪传感器，如图489所示，它是焊接机器人采用和研究的传感系统的核心和基础之一。8/27/202457图489激光扫描视觉传感器的结构1.扫描电动机2.激光器3.聚焦透镜 4.线阵光敏感器5.聚焦物镜6.检测转镜 7.焊件8.扫描转镜9.角度传感器8/27/202458 3）工作台、变位机和外围设备 如果被焊工件的焊缝较少，或都处在水平位置，或对焊接质量要求不很高，在焊接时不需要对工件进行变位，可以将工件固定在工作台上，完全由机器人操作焊枪完成焊接作业；当焊缝复杂,不移动工件便不可完成必要的焊接作业,或使工件的焊缝能处于水平或船形位置，以便获得质量高、外观好的焊缝，一般应采用变位机。变位机一般由弧焊机器人制造公司提供，有单轴、两轴和三轴等，以及不同的负重。多自由度变位机与机器人的协调控制，可减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。采用一个控制柜同时控制机器人本体和变位机为最佳配置。此外，还有行走机构以及小型、大型移动机架、焊枪喷嘴清理装置、焊丝剪切装置等外围辅助设备。8/27/202459 （3）简易弧焊机器人式工作站 一般由弧焊机器人（包括机器人本体、机器人控制柜、示教盒、弧焊电源和接口、送丝机、焊丝盘支架、送丝软管、焊枪、防撞传感器、操作控制盘及各设备间相连接的电缆、气管和冷却水管等）、机器人底座、工作台、工件夹具、围栏、安全保护设施和排烟罩等部分组成，必要时可再加一套焊枪喷嘴清理及剪丝装置。8/27/2024精 品 课 程60