机器人填补焊接缺口

制造业是性感的。不再保留适用于OPS会议和供应商展示，制造机器的幕后景观在电视广告中，在网络上，并在品牌的讲故事中。其中一个原因 - 机器人。为什么？因为机器人是性感的。

从直角射击，他们巧妙地展示了进入标志性品牌的先进技术和工艺。机器人和热门汽车是主题特斯拉工厂之旅的热门视频．

全油门摩托车也是很好的搭配。川崎重工的底盘焊接机器人在这方面发挥了最大的作用忍者H2的宣传视频．

铰接式焊机往往是抢手货，用自己的光完成表演。但在烟火的背后是先进的金属连接工艺。在未来，激光钎焊、搅拌摩擦焊、铝连接，以及一种新的、直观的运动学编程方法，将使焊接机器人获得更多的作用。

机器人激光钎焊
强调了在这克莱斯勒200工厂参观的视频是一个机器人激光钎焊单元。直到最近，这种金属连接过程在很大程度上还是保密的。这一次，摄像机进入了引擎盖下，或者这次是在车顶上拍摄。

几年的机器人激光钎焊在高端车辆上使用。

“最初这一趋势近十年前开始，它始于奢侈品车辆，”Comau Inc.技术开发经理Mark Anderson说，Mick Anderson是密歇根州的Southfield的全球自动化供应商。“现在在广泛的汽车模型中看到该值并制作。”

安德森描述了激光钎焊过程以及它将其应用于车辆。

“机器人激光钎焊是当我们使用激光将硅青铜填料材料熔化成关节时。这是一个美学关节，在绘画之前需要非常小的整理或抛光。正确完成后，两个面板连接在一起几乎显示为一个。大多数激光钎焊的汽车部件是身体侧组件的屋顶，或者是Decklid（树干盖）。“

他说，为了美观和节省成本，屋顶接头采用了激光钎焊。虽然直接二极管激光系统的初始资本投资相对较大，但通过消除后续操作，整体成本降低。

“传统的车顶沟是点焊的，他们通常将车顶点焊到车体一侧的沟里，然后用汽车级别的密封剂密封。然后在屋顶沟里放一块装饰物。”

“用激光钎焊，你只需在车顶和车身侧之间的连接处涂上硅青铜(丝)，然后用涂饰刷抛光硅青铜连接处，基本上是清洁和油漆。因此，没有密封剂，没有装饰，你不必担心试图安排模具装饰件的生产，以匹配车辆的颜色。”

这文章详细描述了通用汽车的工程师在凯迪拉克分部应用这项技术的过程。

“你有一个不同的原因，你去激光钎焊在decklids上，”安德森解释道。“随着大量的掀背车型车辆，他们想要一个绘制外观，在车辆的后部有更多的泡沫外观。为了获得深度绘图外观，您需要有一个两件式组件，其中掀背车的上半部分将伸出比下半部分。你不能用一个盖章的装配器这样做，因此它们通常将上半部分在一起。“

他补充道:“现在有相当多的汽车采用了激光钎焊车盖，而且似乎每年都在增加。”

平衡速度和质量
Comau的Anderson表示，在创建激光钎焊解决方案时，集成商的作用非常重要。尤其是因为这个过程需要很多元素和供应商:机器人、激光源、专门的末端执行器和消耗品。

“当你把所有这些部件放在一起时，你需要了解每一件设备的约束条件。例如，当涉及到激光末端执行器时，我们必须指定我们想要使用的光斑大小，即光缆直径和聚焦透镜的组合。”

Anderson继续说道:“我们必须决定我们是想要聚焦还是不聚焦，以满足客户对质量和速度的期望。”“在设备选择上需要做出妥协，以专注于其中之一。这是一种非常谨慎的平衡。”

他说，任何能够穿过接缝都能平稳移动的机器人都可用于激光钎焊。

“激光钎焊末端效应器内置了依从性，所以如果零件或接头有变化，它通常以这样或那样的方式在激光钎焊头中消耗。它几乎就像一个减震器。当头部穿过车顶沟渠或车盖时，它能保持激光束聚焦。重要的是，一旦机器人开始它的运动，直到它完成它的运动，它移动平稳。如果有任何类型的振动，或者如果机器人的运动路径或规划有任何类型的错误，你就会在激光钎焊中看到它。”

安德森解释说，设备中最关键的部件之一是电线输送系统。

“电线就在橡胶和路面的交界处。这就是你实际拿着东西触摸的地方。有相当多的消耗品:导线本身、导线头、导线衬垫和导向轮。”

他说，科马与值得信赖的供应商合作，比如ABICOR宾采尔确保使用正确的设备和耗材。

无形的接缝的灵活性
机器人为激光钎焊工艺带来了灵活的自动化。机器视觉让它们保持真实。

“与固定工具相比，使用机器人进行激光钎焊有很多优势，”安德森说。“这是一个非常灵活的过程，它可以在一个车身店处理多款车型，从大型suv到小型紧凑型车。它降低了每辆车的零件成本。末端执行器的头部有几个浮动在关节上的铰接轴，以确保我们的焦点和正确的钎焊，即使部件或关节变化。”

机器人视觉引导在屋顶钎焊工艺中得到应用。Comau的RecogniSense®系统使用固定安装的2D摄像机和3D视觉引导软件，引导激光钎焊端执行器进入屋顶沟渠。对于decklid操作，Anderson说，被钎焊的部分直接与夹具耦合，所以视觉指导是不必要的。

机器人激光钎焊接头的选择是coach接头。这样做的好处是车顶和车身侧板之间的持续接触，或顶盖的上半部和下半部之间的接触。安德森说，它提供了一个非常坚固的，可重复的接头，并确保良好的零部件装配。

“当它完成时，一个适当的钎焊屋顶或德克利几乎看起来像珠宝，”他补充道。

安德森表示，Comau目前专注于机器人激光钎焊的汽车行业。但他说，鉴于他对这项技术的了解，它可能有助于在家电行业的应用，在这个行业，关节美学也很重要。

安德森说:“2015年将有超过15辆汽车采用激光钎焊屋顶。”“这是所有主要的oem。激光钎焊技术将继续存在。在接下来的几年里，我肯定你们会听到更多的系统。”

搅拌摩擦焊接
另一个获得势头的自动化加入过程搅拌摩擦焊接（fsw）。使用摩擦热和锻造压力，FSW采用小型热影响区和最小机械变形创造高强度接头。

签出这个最近视频机器人摩擦搅拌焊接看技术如何运作。

作为绿色技术吹捧，FSW被引入其低能源消耗，以及其他环保的优势。这视频显示另一个机器人的角度。

铝的焊接
摩擦搅拌焊接通常用于加入铝，尤其是铝挤出。一般来说，铝焊接是一种日益增长的趋势。更多轻质铝在汽车制造中使用，主要用于其燃料经济性。

Comau的安德森注意到越来越多的铝焊接使用铝线。

他说:“这个过程与激光钎焊非常相似，但这是一个焊接过程，因为他们正在熔化母材，这是一个结构接头。”(钎焊和焊接的区别之一是前者不会熔化母材。)“他们是在相同的屋顶沟渠区域使用它。如果车辆是铝，他们使用铝丝(相对于硅青铜的钎焊过程)。这完全取决于车辆是钢还是铝。”

其他机器人集成商也注意到了这一趋势。

他说:“汽车市场的铝材越来越多。航空航天是另一个领域，还有造船业。”爱荷华州达文波特自动化解决方案供应商捷恩斯系统集团有限责任公司应用工程经理Ben Woomer说。他说:“我们看到造船业越来越多地使用铝。我们正在建造机器人系统，为该行业焊接组件，或系统可以进入造船过程本身。”

Woomer表示造船中的大部分铝应用都适用于气体金属电弧焊接（GMAW）。他注释了使用铝的特殊考虑因素。

“装修很关键，清洁的基础材料也很重要。可馈送性，或能够馈送电线，是它的一个重要部分。通常你使用推挽式焊枪，所以你可能会在后面有一个馈线器来推动电线，在焊枪的末端，你有一个发动机来拉动柔软的铝线，帮助它更容易地通过焊枪。在气体金属弧焊方面，供电公司已经做了很多工作来真正改进他们的工艺和相对于铝焊接的波形。”

他说，优势包括更好的开始，少飞溅和更多对热输入的控制。“在焊缝结束时，陨石坑更容易，”他补充道。

但是机器人不能独自完成。他们需要熟练的技术人员来设计焊接路径。还是他们?

熟练的焊工稀缺
制造商面临的主要挑战是不断扩大的技能缺口和熟练技工人口的老龄化。熟练的焊工尤其短缺。根据这一彭博社报道美国焊接学会(American Welding Society)估计，到2020年，美国将缺少29万焊接专业人员。更困难的是能给机器人编程的焊工。

对于合同制造商和工作车间来说，这个问题更加复杂，因为它们通常有更小的批量和更频繁的更换。内部焊接和机器人编程专业知识是一个溢价。

“技能短缺的现实是一个大的事项，”Michigan的合同制造商Rapid-Line Inc.总裁Mark Lindquist Mark Lindquist说。“我们不会发现熟练的焊工了解了门，在那里他们可以拿起火炬并焊接一些东西。现在，我们为熟练的焊工有五个开口，并难以找到它们。“

机器人填补了差距
林德奎斯特说，这种技术人员短缺是他的商店广泛使用机器人的原因之一。另一个原因与质量有关。他说，这是“很好的保险”，因为机器人焊接是一致的。

“大约三分之二的办公家具在50英里的半径范围内。（西密歇根州的顶级生产商Steelcase，Herman Miller和Haworth。）我们的客户是办公家具制造商，“Lindquist解释道。“他们不能让一个人坐在椅子上，因为焊缝破裂而落在地板上。因此，我们对焊缝的质量要求急剧上升。“

“机器人焊缝的一致性，重复性和可预测性更好，”他说。“一个机器人可以处理更多的工作。它可能不会比个人更快焊接，但正常运行时间更好。它不会休息或争论足球比赛。它不会犯错误或改变过程。您只需更快地运行零件。“

林德奎斯特说，他们的大部分生产工作都转化为机器人MIG焊接。直到最近，机器人编程都是由工程人员或经过培训的程序员在车间完成的。但他们只有一名熟练的机器人技术人员来监管多班制商店里的11个机器人，即使是在周末。

“所以你只能靠一个人的摆布，至少是在我们店里，来完成所有的程序。很多时候程序都需要修改，比如当你把固定装置放回去，或者你没有把它排好，或者机器人被撞了。你必须回去编辑程序。”

这就造成了不必要的瓶颈，尤其是像Rapid-Line这样的工作商店，林德奎斯特说他们的平均批量只有40件。高混合、低产量的生产需要灵活的解决方案。

直观的机器人焊接编程
机器人制造商Yaskawa Motoman和自适应夹持器创新者Robotiq联手使用Kinetiq教学解决了这些挑战。Kinetiq是安川焊接机器人的一种选择，它允许操作人员手动引导机器人到所需的焊接位置，而不是用一个教学吊架编程。

该装置主要用于MIG焊接，其本身由安装在机器人法兰和焊枪之间的力传感器组成。当你抓住手电筒并控制它的位置时，它会感知你推或拉的方向，计算出一个矢量，并指示机器人移动的方向。机器人控制器中内置了一个图形用户界面。

“通过Kinetiq教学，我们更容易通过减少设置机器人的时间来编制机器人，并通过使商店地板人员更加直观，”Yaskawa Motoman，俄亥俄州迈阿密斯堡的副总工程师克里斯安德森解释说：．“有两个主要组成部分。一个是简化的用户界面。屏幕看起来像智能手机应用程序。它基于图标为基础的一系列图片。其他组件是直接教学，或者抓取机器人的能力，并将其转向您想要焊接的位置和方向。这比使用轴键将机器人慢跑到位得多。“

安德森补充说:“我们让技术不熟练的程序员更直观地将机器人放置在他们想要它去的地方，通过触摸一个图标记录那个位置，然后指示他们想要焊接的位置。”“Kinetiq教学可以让你快速设置小批量，并获得机器人质量提高的优势。”

更快的小批量运行设置
Yaskawa今年早些时候将其客户迅速介绍至专利待定技术。Lindquist描述了他公司的经验视频案例研究．

安川公司的安德森解释说:“安装了Kinetiq后，我们花了半天时间培训了他的6个手工焊工。我教他们怎么做程序。然后他们做了我做的事情，他们都能在15分钟内给机器人编一个基本的程序。然后，当他们重复的时候，一个人把他的时间减少到5分钟。所以很快就能学会，很快就能精通。”

林德奎斯特说，用传统的方式编程，通过使用teach吊架将机器人慢跑到每个焊接位置，需要多花两到三倍的时间。

“Kinetiq教学很容易使用，”他说。“可能需要半个小时或一个小时的训练，再加上一些实际操作，你就可以开始了。”

这视频演示了Kinetiq Teaching与传统的teach吊坠编程方法。注意节省的时间。

Yaskawa的Anderson说，那些知道机器人编程所涉及的人可以很容易地欣赏到Kinetiq教学的改变程度。但由于80％的焊接仍然手动完成，他说有很多自动化潜力。

安德森说:“当我们把它带到贸易展会时，我们已经把它设置为一个实际操作的演示。”这些视频让你看到它看起来有多简单。但是能够自己做这件事真的很重要。我们有孩子参加巡演，甚至他们都能做到。”

安德森补充说:“一般来说，一旦一家公司购买了一个机器人品牌，他们就会用这种颜色的机器人填充工厂。”“但一些公司已经购买了带有Kinetiq设备的Motoman品牌机器人，将不同品牌的机器人引入他们的商店，只是因为它更容易教。”

机器人焊接集成
机器人编程的创新使中小型企业更容易实现焊接过程的自动化。其他因素也使机器人焊接进入更广泛的受众范围。

“随着技术的发展和改进，我们能够降低成本，这将向较小的行业打开市场，”捷恩斯的伍默说。“我们真正关注客户和他们想要制造的产品，然后想出让他们成功的解决方案。通过能够在内部完成模具和零件计划，我们可以向客户提供一个交钥匙系统。它为终端用户消除了自动化带来的一些风险，帮助他们从一开始就取得成功。”

创世系统集团是一个通过RIA认证的机器人集成商服务于汽车、铁路、农业、国防、航空航天等行业。Woomer表示，气体金属弧焊是集成商的主要业务，但他们也开始看到越来越多的人对激光焊接感兴趣，尤其是在汽车行业。

在之前的研究中，我们探索了机器人激光熔覆和其他激光焊接工艺文章．

这视频由Genesis系统集团提供的双机器人焊接单元。Versa RC3L工作单元的特点是一个中心安装机器人与三个运动轴，用于MIG焊接汽车转向系统组件。双机器人的配置有助于减少循环时间。

焊接机器人仿真
Woomer强调了工具、仿真和离线编程在机器人焊接集成中的重要性。

Woomer解释道:“工具方面是自动化的一个重要方面。“你可以制作一个不是为自动化设计的工具，这意味着你没有焊枪的访问权限，使你有合适的焊枪角度来进行良好的焊接。在捷恩斯，我们有一个工具部门他们知道枪的角度需要是什么他们在制作工具的时候会使用枪的3D模型。然后，我们使用模拟技术将工具和零件虚拟插入，并在概念阶段移动机器人，以便在实际制作工具之前实现这一目标。”

“它真的有助于在电脑屏幕上获得概念，这有助于我们与客户进行更加富有成效的谈话，”Woomer持续。“通过模拟，我们可以做一个概念证明。一旦销售项目，我们使用模拟来证明设计，证明机器人可以到达所有东西，并确保工具确实留下了我们认为它在概念中的方式。“

这视频显示罐焊接电池的仿真演示。Woomer表示，仿真的一个组成部分是离线编程。

“当我们在室内进行离线编程时，我们能够更快地与客户展开对话。因此，我们不必等着我们的系统设计完成，所有材料的采购，然后让我们的制造团队来建造这个系统，我们可以尽早开始编程，并与我们的客户进行协作。对话是关键部分。”

“有很多方法来编程部分，”他继续，“但能够以使机器人有效的方式对它们进行编程，并且还考虑部分变化，这非常重要。并且能够添加软件工具以适应零件变化也很重要。“

设计制造是创世纪的持续关注领域。它涉及分析旨在焊接的部件，以确定它们是否最佳地设计用于自动化。

“有没有更好的方法在零件上安装法兰?”有没有更好的方法来做关节的滑动配合?有更好的方法来做关节装配，让你更容易制造。这是一件大事，”伍默说，“因为你可以更好地让关节重复，零件在相同的位置，你花在使用机器人软件纠正这些问题上的时间就越少。”

“我们(在零件设计过程中)越早合作，我们就能让我们的客户越成功。例如，我们可能使用的工具之一是焊接变形分析。如果我们能尽早看这个项目，我们可以把他们的部分放入一个焊接变形分析模型，并弄清楚该部分将如何变形。然后，我们可以更改输入、更改工具设计或更改部件的设计，并重新运行该模型。这都是基于计算机的建模。这不是每个人都会做的事，因为这是对软件和知识的投资。你需要在这个过程中越早越好。你必须能够改变零件设计或工具，才能看到它带来的回报。”

“随着所有技术的改进，人们可以出去买一个机器人和一只兔子脚，并希望一切顺利，”伍默说。“但真正能让他们成功的是整合者。这是一个关键部分，能够将所有的技术、知识和经验汇集在一起，制定出适合客户的解决方案。”

随着机器人焊接技术不断为更多的制造商带来灵活的自动化，他们的质量、周期时间和投资回报率将飙升到新的高度。这是胆大包天的自动化。

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Comau Inc .)
Genesis系统集团有限公司
日本安川电气Motoman