自從該技術被發(fā)明以來，幾種焊接一直是工業(yè)機器人的第一應用。

據(jù)國際機器人聯(lián)合會稱，世界上50%的機器人都用于焊接。具體而言，33%用于點焊，16%用于電弧焊，1%用于其他類型的焊接操作。

使用六軸機器人，裝配工可以更好，更快，更一致，更安全地焊接零件。并且，近年來焊接機器人的能力已經(jīng)大大提高，即使它們變得更容易使用并且部署成本更低。曾經(jīng)僅屬于汽車原始設備制造商和其他大型制造商的技術現(xiàn)在已經(jīng)在中小型企業(yè)的范圍內(nèi)。

因此，據(jù)市場研究公司Technavio稱，到2019年，焊接機器人的全球市場預計每年將增長6.09%。

機器人激光焊接

在汽車行業(yè)需求的推動下，激光焊接是六軸機器人發(fā)展最快的應用之一。Comau LLC的材料和技術總監(jiān)Mark Anderson表示，汽車制造商面臨著減輕車輛重量的壓力，激光焊接在幾個方面解決了這個問題。

例如，為了減輕重量，汽車制造商越來越多地將液壓成型管用于各種底盤部件。將金屬板連接到這種管上會給電阻點焊帶來問題，這需要接近組件的兩側(cè)。激光焊接不具有這種限制。它只需要訪問組件的一側(cè)。

此外，由于激光束的焦點非常小，用于搭接接頭的部分法蘭可以比用于電阻點焊的部分法蘭更窄，Anderson說。金屬越少意味著重量越輕，成本越低。

“點焊槍的端蓋直徑可能是0.25英寸，”他解釋道。“這意味著法蘭必須至少10或12毫米寬。使用激光焊接，您可以獲得直徑為1毫米的光斑尺寸。現(xiàn)在，您的法蘭可以只有3或4毫米寬。這節(jié)省了50%的材料。“

減少車輛重量的需求還使汽車制造商將車身與各種厚度的各種材料組裝在一起。有一段時間，門板的所有部件都可能是用同一卷鋼板沖壓而成的。今天，同樣的門板可能由五種不同厚度的不同材料組成。

激光焊接也可以幫助應對這一挑戰(zhàn)。“激光束可以比GMAW [氣體金屬電弧焊接產(chǎn)生更多的熱量”，“ABB機器人技術公司焊接和切割市場開發(fā)經(jīng)理Mark X. Oxlade說。“在這些更高的溫度下，不同的材料可以更容易地連接起來。”

由于臂端工具(EOAT)的尺寸，電阻焊接需要相當大的機器人，具有高負載能力，大約100到250磅。另一方面，GMAW的工具更小更輕，因此有效載荷能力為20到40磅的機器人就足夠了。

安德森說，激光焊接處于中間位置。目前，激光光源本身 - 光纖，二極管或光盤激光器 - 不是EAOT的一部分。相反，激光器遠離機器人，并且光束通過光纜傳送到EAOT。因此，機器人僅需要攜帶各種光學器件(激光頭)，電纜和輔助工具，例如壓力輪，以幫助在焊接期間將部件夾在一起。因此，裝配工可能只需要一個有效載荷為60至90磅的機器人。

另一方面，具有較低有效載荷能力的機器人通常也具有較短的范圍。因此，如果需要更大的工作范圍，裝配人員可能希望升級到更高容量的機器人。

激光焊接機器人的服裝包裝類似于其他類型的焊接機器人，除了光纖電纜替代電纜。

“用于激光焊接的服裝包裝需要一些小心的設置，可能比電阻點焊更為重要，”安德森警告說。“必須遵守彎曲半徑限制，并且電纜不能受到?jīng)_擊。”

Trumpf Inc.和IPG Photonics Corp.等激光供應商正在與機器人原始設備制造商密切合作，以便兩種技術和諧地協(xié)同工作。例如，ABB開發(fā)了一種接口，使Trumpf的可編程聚焦光學(PFO)激光頭能夠通過ABB的機器人控制器而不是外部PC進行控制。

“這可以大大縮短周期時間，”Oxlade說。“典型循環(huán)時間的三分之一到三分之二可以完全被這種能力侵蝕。從歷史上看，您曾經(jīng)不得不移動到一個點，焊接它，移動到另一個點等等。現(xiàn)在，該軟件只是讓您可以將其作為一次掃描，這樣可以節(jié)省大量的周期時間。“

PFO將激光束定位在兩個旋轉(zhuǎn)鏡上，以最大限度地提高處理和定位速度，并縮短整個循環(huán)時間。激光束可以放置在處理空間內(nèi)的任何預定位置，或者可以在任何輪廓上引導。無需移動工件或聚焦光學元件即可進行點焊，縫焊，連續(xù)縫焊和切割。

PFO可用于脈沖和連續(xù)波固態(tài)激光器。不同的焦距范圍從90到1,200毫米，可實現(xiàn)不同的處理區(qū)域尺寸。

處理可以“在運行中”完成，以最小化由于機器人和掃描儀移動的重疊導致的定位時間。根據(jù)焦距，可以實現(xiàn)從56乘56毫米到406乘630毫米的工作區(qū)域。

使用PFO，激光光斑的擺動運動可單獨調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最佳焊縫質(zhì)量，包括導熱焊接和深熔焊接。

“激光束非常薄，”Oxlade解釋道。“因此，如果它沒有完全達到標記，質(zhì)量就會降低。使用PFO，您可以漫射光束。你可以抖動和擺動光束，有點像在弧焊中編織。“

因此，即使部件的定位偏離一點點，仍然可以生產(chǎn)高質(zhì)量的焊接。

機器人弧焊

雖然機器人激光焊接最近引起了很多關注，但近年來機器人弧焊技術也有了顯著的提高。

例如，ABB最近在其機器人焊接技術平臺上增加了TIP TIG工藝。該工藝由TIP TIG International AG開發(fā)，是一種氣體保護鎢極電弧焊(GTAW)的變體。代替以連續(xù)速率將填充焊絲供應到焊池中，進料器來回攪動焊絲。由二次電源提供的電流也施加到填充焊絲上。

眾所周知，GTAW對于六軸機器人來說非常困難，因為焊接前的零件裝配必須精確且可重復，Oxlade解釋道。

“振動填充焊絲使得工藝對零件的配合更加寬容，并且更容易潤濕接頭的側(cè)面，”他說。“還有其他好處，例如較低的熱量輸入和較高的行駛速度。通常情況下，GTAW非常慢，但使用機器人TIP TIG，你可以達到GMAW的速度。“

無論機器人是用于GTAW還是GMAW，專家都會推薦專門為此任務設計的機器。

一個很好的例子是來自FANUC America Corp.的ARC Mate 100iC / 8L。去年秋天推出的這款機器人具有2,028毫米的距離和8千克的有效載荷。

與所有FANUC機器人一樣，ARC Mate 100iC / 8L與公司最新的R-30iB控制器配合使用，具有集成的智能功能，如視覺和集成二級控制，Roboguide Simulation以及DCS速度和位置檢查軟件。

除了8L型之外，ARC Mate 100iC系列還包括12型，具有1,420毫米范圍和12千克有效載荷，7L型號具有1,632毫米范圍和7千克有效載荷。機器人可以安裝在地板上，頭頂上或成一定角度，并且可以翻轉(zhuǎn)接頭3。

“我們設計100iC系列的主要目標之一是創(chuàng)造一個具有緊湊尺寸的機器人，但最大范圍和行程可以到達任何部件周圍，并將割炬定位到零件的不同區(qū)域，”總經(jīng)理Mark Scherler說道。在FANUC America Corp.加入材料

Scherler說，所有100iC機器人都有一個空心手腕，簡化了電纜和電子管的布線，消除了電纜管理問題。與外部安裝在機器人手臂上的傳統(tǒng)禮服包相比，ARC Mate 100iC的內(nèi)部布線使禮服包能夠跟隨機器人的運動范圍，簡化了編程并消除了彎曲，鉤住或斷開電纜的煩惱。

ARC Mate 100iC機器人和R-30iB控制器可集成在焊接系統(tǒng)中，包括焊槍電纜，送絲機和焊接電源。FANUC與焊接設備供應商林肯電氣公司密切合作，在機器人控制器和焊接電源之間開發(fā)了基于以太網(wǎng)的接口-ArcLink XT。

“因此，機器人弧焊應用的所有設置工作都可以通過機器人的示教器來完成，”Scherler解釋說。“電源無需額外編程。”

機器人電弧焊的另一項新技術是“無夾具焊接”。通常，機器人電弧焊需要將部件剛性且精確地定位在昂貴的夾具中，該夾具通常僅針對該應用而設計。

通過無夾具焊接，基座部件可以牢固地安裝在更簡單的夾具中。然后，設計用于物料搬運的視覺引導六軸機器人拾取待焊接部件，將其固定在基座部件上，并在100iC弧焊機器人執(zhí)行任務時將其固定在那里。

“通過無夾具焊接，您的資本成本會下降。你沒有為每項工作建造特殊的固定裝置。它為您提供了更大的靈活性，“Scherler說。