【关键词】汽车企业;焊装;机器人焊接仿真技术
【中图分类号】TP242;TG409【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）11-0066-03
0 引言
在汽车生产实践中，焊装是其中至关重要的一环，很大程度上影响汽车的整体质量，所以提升汽车焊装技术应用水平具有十分重要的现实意义。过去，汽车行业的焊接件主要通过手工焊接、手工夹具来实现，不仅需要投入较高的人工成本，而且工作效率低下，焊装质量无法保证，难以满足市场需求。随着现代制造技术的不断发展，现如今机器人焊接仿真技术在汽车企业焊装中得到不断推广，其凭借功能稳定、焊接质量高、运行效率快等优势在汽车焊装中应用，可有效弥补传统人工焊装存在的不足，更好地保证产品质量[1]。但是，机器人焊接仿真技
术在实际应用中仍存在诸多问题，所以进一步完善机器人焊接仿真技术在汽车焊装中的应用尤为必要。
1 机器人焊接仿真技术概述
1.1 焊接机器人结构
焊接机器人主要为六轴式结构，由机座、臂部、手腕、手部等部分组成。其中，机座作为焊接机器人的基础部分，可发挥支撑作用，对于固定型机器人而言，机座通常直接装置于地面上;对于移动型机器人而言，机座则会装置于移动结构上。臂部在焊接机器人中可发挥连接机身与手腕的作用，通过对手部空间位置的调节，为机器人实际作用提供辅助，并将一系列载荷转移至机座。手腕在焊接机器人中可发挥连接手部与手臂的作用，它可对手部的空间方向进行调节，并将手部荷载转移至手臂。手部作为装载操作机构的部分，机器人一系列焊接任务都要经由手部实现。
1.2 机器人焊接仿真技术工作原理
机器人焊接仿真技术在汽车焊装中的应用，主要基于下述工作原理。
（1）明确示教轨迹。焊接机器人所实现的运行轨迹，均以操作人员编制的示教程序为依据，在这过程中，只有编制程序准确无误，才能确保焊装的质量和效率。这一运行流程主要涉及焊钳TCP设置、示教编程两大方面，而其他相关设备、工件装夹及焊接过程逻辑控制等环节，则主要通过机器人控制器中的控制系统、PLC及用户焊接示教程序共同实现。此外，工件翻转机构主要通过机器人控制器中的交流伺服单元驱动控制[2]。
（2）焊接工艺参数设定调节。这一环节主要涉及对焊接时间、焊接压力及焊接电流等参数的调节，并且基于零部件材质、厚度等实际情况，调节相关参数的设定。
（3）焊接缺陷处理。焊接过程中往往会出现焊穿、骑边等缺陷，其中焊穿主要是焊接时间过长、焊接电流过大及工件搭接缝隙过大等原因造成，应严格调控该环节;而骑边主要是焊接部位调试不准确造成的，应重新调整焊接部位。
2 机器人焊接仿真技术在汽车焊装中的应用优势
汽车行业焊装涉及一系列繁杂的焊接动作及程序，再加上生产装置的柔性特征及汽车市场的需求性，在汽车焊装中引入应用优势突出的机器人焊接仿真技术尤为必要。机器人焊接仿真技术在汽车焊装中的应用优势主要表现为以下4个方面。
（1）提升焊接质量。机器人焊接仿真技术可依托虚拟方式模拟汽车焊装实际场景，弥补了以往难以对具体问题开展全面分析评定的不足。如此一来，不仅可提升焊接质量，还可充分降低设计风险，有效防范可能引发的技术、经济等损失。比如，对于汽车焊装侧围总成及地板总成搭接点，过去人工焊接要求工作人员钻入车身焊接，操作空间狭小，极易引发人身安全事故，而通过应用机器人焊接仿真技术，可有效防止此类情况发生[3]。此外，机器人凭借其精准的运动轨迹及电极帽与钣件相互间的有效解除，可杜绝人工焊接时出现的马蹄点、半点、焊接分流等缺陷。结合焊接部位差异、机器人焊接参数设置、电极帽磨损频率差异，依托PLC程序计算焊点数量，满足设定焊接数量后，PLC反馈给机器人信号，机器人基于信号自主结合前期设置的程序路径开展焊接，从而确保焊接质量。
（2）降低焊接成本。通过应用数字样机，进行全面综合的模拟焊接實验，如此可显著提升模拟焊接的实效性，减少因设计变更及模拟实验而产生的成本支出。
（3）实现一个总拼工位的多车型共线生产。传统人工操作焊接过程中，总拼工位不同，车型焊接结构各不相同，对焊接设备、焊接参数要求也不尽相同，因为同一工位空间有限，往往会与焊接设备的引入及选型产生冲突;而机器人焊接仿真技术凭借其柔性特征，对产
品具备极强的适应能力，可快速开展产品切换，从而有效实现一个总拼工位的多车型生产工艺。
（4）提升焊接效率。机器人焊接仿真技术可防止不必要的设计变更，缩减焊接次数，从而有效提升焊接效率，加快交货付款时间[4]。
3 机器人焊接仿真技术在汽车焊装中的实践应用
3.1 工件焊接
现阶段，工件焊接属于机器人焊接仿真技术的一个重要应用领域，而汽车焊装对构件焊接运行效率、构件焊接精度等提出了十分严格的要求，并且焊接工序对人体存在一定危害性，所以将机器人焊接仿真技术应用于这一环节尤为必要。伴随计算机及智能化技术的迅猛发展，机器人焊接仿真技术如今在汽车焊装中已能够高效完成一系列焊接工艺，并在点焊、弧焊等工艺中得到广泛推广。
3.2 工件夹持
在汽车焊装中，机器人焊接仿真技术不仅适用于各类焊接工艺，还广泛应用于工件夹持定位。近年来，汽车制造行业对车身工件焊接质量的要求不断提升，因此必须确保对焊接过程的精准控制，不仅需要精准控制焊接机器人的运动轨迹、焊钳姿态，还需要引入各式各样的夹具来夹持定位焊接工作。由于夹具类型多种多样，大部分专用夹具可定位非移动工件，但难以定位移动工件，所以需要利用机器人焊接仿真技术，依托工业机器人与小型夹具相结合，实现对工件的有效夹持定位。
3.3 汽车减震器焊装
减震器作为汽车的重要部件，其在保证汽车稳定性及司机和乘客的舒适性等方面发挥着十分重要的作用，因此开展汽车减震器焊装质量控制工作至关重要。机器人焊接仿真技术在汽车减震器焊装中应用，主要从3个方面入手。
首先，减震器在汽车整体中的作用主要是保障汽车运行的稳定性、舒适性，所以焊装过程中应先制定焊接方案，对客户实际需求、焊装部位及工件种类等进行全面考虑，创建最理想的设计方案。
其次，汽车减震器焊装主要采取CO2焊接工艺，由于汽车减震器焊装工艺相对复杂，所以实际焊装操作要通过两个焊接机器人完成。
最后，汽车减震器焊装过程中，其质量在很大程度上会受到焊接布局的影响，为提升焊接效率及确保焊接系统安全、稳定，应选取双工位型焊接布局，并开展双工位交叉作业。
3.4 焊接系统仿真模拟
自动化控制系统是机器人焊接仿真技术在汽车焊装应用中实现自动化操作的重要基础。机器人焊接仿真技术在焊接系统仿真模拟中应用，主要从几个方面入手。
（1）精确机器人操作范围及焊角度。对于一些焊接程序较为复杂的工件设计，切忌依据操作人员的主观判断任意制定焊接方案，否则会提高焊接操作的失误率，让汽车企业面临严重的经济损失。因此，可借助DTPS软件模拟机器人焊接动作，并通过计算机调节焊角度，同时明确机器人的操作范围，研究机器人运行过程中可能面臨的影响因素，进而对焊接方案开展科学、合理的评定。基于此，不断对焊接方案进行优化调整，进一步提升焊接方案的安全性、稳定性。
（2）机器人节拍计算及协调模拟。为建立焊接效率与焊接成本相互间的协调关系，提升焊接系统工作质量和效率，可引入多个机器人同步开展操作，但机器人数量并非越多越好，应当基于对各方面因素的考虑，确定适用的机器人数量[5]。在这过程中，可借助DTPS软件，在系统终端实现相关示教编程，并利用软件的实时播放、监控功能，对不同机器人相互间操作协调与否进行评价，判断它们之间是否存在冲突，接着开展对焊接效率、焊接速率等数据的记录工作。值得一提的是，客户对效率、节拍等参数都提出了严格的要求，所以开展焊接模拟应预先了解客户的实际需求，防止后续出现意见不统一的情况。除此之外，相关技术部门还应对程序播放过程进行录制，并存储好视频源，为后续仿真模拟研究提供有力依据。
（3）离线焊接程序编制。依托DTPS软件于计算机端开展离线焊接程序编制，并将程序传输、存储至机器人控制同存储单元中，进入实际焊接环节后，可通过机器人控制系统运行程序，进一步实现良好的示教效果。基于以上分析可了解到，在建立多工件焊接方案过程中，可依托DTPS软件离线编程，并将工作交由多人分工完成，如此一来，不仅促进替身的现场资源利用率，提升示教效率，还进一步提升焊接方案的质量和效率。基于这一系统，可对长度在100～500 mm范围的工件焊接方案开展设计，充分发挥离线编程的优势。对于一些
质量、精度要求相对偏低的厚板焊接，应开展现场焊接跟踪及监控工作。在DTPS软件一系列功能支持下，可在离线编程过程中融入电弧传感、接触传感等功能，同时将示教程序传输进机器人核心控制系统中。开展现场焊接可直接提取程序并进行示教，进一步保证厚板工作焊接的质量和效率。
小型汽车网上自主编号申请 4 汽车焊装应用机器人焊接仿真技术的注意事项
机器人焊接仿真技术在汽车焊装中应用，应当注意以下两个方面问题。
（1）应用安全问题。虽然机器人焊接仿真技术在汽车焊装中具有一系列应用优势，但这些优势都是建立在安全应用的前提下，所以在实际应用中必须注重应用安全问题。汽车焊接涉及较大的生产线，通常要投入多个机器人同步开展操作，如此便激发了焊接操作的安全隐患，并且机器人在运行时还会受到信号质量等因素影响[6]。倘若信号不佳，机器人极可能失控，与其他机器人或设备发生碰撞，引发安全事故。因此，在机器人焊接仿真技术实际应用中，必须做好信号检测、现场操作监控等安全管理工作，保障焊接机器人的工作安全有序运行。
（2）焊接机器人故障问题。即便机器人焊接仿真技术具备一定的稳定性、可靠性，但在实际运行中不可避免会发生故障。焊接机器人引发故障，不仅会影响焊接操作的准确性，还会影响焊接操作的安全性。在操作实践中，应利用装置于焊接机器人中的一系列传感器及监测系统有效掌握其运行状况，倘若系统发出警示信号，应立即采取相应的处理措施，保障焊接机器人的工作安全有序运行。
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