智能中频逆变伺服机器人焊接系统

焦玉平+田红杰+吴宝举

摘要 智能中频可编程电阻焊控制器、伺服焊钳、点焊机器人（智能中频逆变伺服机器人焊接系统）技术的现状与未来，此项技术在提高焊接质量、提高工作效率、降低生产成本、提高安全等级、降低工作危害等方面有着重要的作用。此项技术在点焊焊接工艺中有着越来越广泛的应用，越来越多的科研技术人员参与到智能中频逆变伺服机器人焊接系统研究中来，注定在机器人伺服点焊领域发挥出重要作用。

关键词 智能中频可编程电阻焊控制器：伺服焊钳；点焊机器人

中图分类号TP3

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）155-0067-01

1 点焊机器人

工业4.O已经到来，在中嘲机器人必将得到越来越多的市场，根据机器人功能及作用的不同，大致分为喷涂机器人、水下机器人、搬运机器人、点焊机器人、弧焊机器人、切割机器人、救援机器人等；每种机器人有着六轴、七轴、八轴关节数量的区分及负重的不同。

点焊机器人由智能中频可编程电阻焊控制器、伺服焊钳、点焊机器人、机器人控制系统等组成，按工艺及动作流程的要求，通过各关节的移动，带动焊钳，从而达到焊钳上的电极对目标点焊接的目的。点焊机器人有速度快、柔性高、精准等特点，为实现中频逆变伺服点烨系统提供了良好的基本条件。

2 可编程中频逆变点焊技术说明

系统介绍：中频逆变焊机把50HZ的交流电整流逆变为1000Hz的中频方波经中频变压器降压整流为10V左右的低压直流电，通过一体化伺服点焊钳对工件进行焊接。输出电流为直流形式，焊接速度更快，而且焊接过程更加稳定，电流的调节过程更快更准确。焊接变压器的体积和重量只有传统焊接变压器的40%左右。

2.1 产品主要用途

1）普通低碳钢板；

2）铝、镀锌钢板、高强度钢板等；

3）多层板焊接、非常薄的材料的焊接以及精密焊接。

2.2 技术特点

中频逆变式电阻焊机主要体现如下优点：1）节能，与传统焊接产品对比，节能达40%以上；2）焊接过程基本无飞溅，焊核质量好，汽车安全性提高；3）三相电网平衡，焊接端为直流，因此对电网冲击很小，功率因数高。经过中频点焊和工频点焊焊接比对得出，在相同的焊接要求下，三相中频逆变直流焊接一次端电流很小，从电流波形可以看出，三相中频逆变直流焊接明显对电网的冲击更小。

下面是详细说明：

1）节能：三相中频逆变直流焊接输入端为三相380V，工作时功率因数>0.9。用户中90%的点焊机是单相380V交流焊机，单相380V交流点焊机依靠控制可控硅导通角大小来实现控制电压的目的，因此存在空区。三相中频逆变直流点焊机因其三相用电平衡、直流逆变技术不存在电流空区、工作时功率因数>0.9而以节能著称。在焊装车间（轿车为主），常用设备为DN3-160、DN3-200单相工频交流悬挂式点焊机，如果使用三相中频逆变直流一体式点焊机只需85kVA以下就可以达到同等效果。

2）焊接质量高：中频点焊电流集中，焊接电流没有空区，所以焊接时间短、电极发热量小，增加了电极的使用寿命。中频点焊频率高达1000Hz以上，次级电流输出能力强，波形平直，几乎不产生飞溅，焊点表面质量好。经试验，在单相工频交流焊机焊接100点情况下，三相中频逆变直流点焊机可以达到普通焊机的两倍以上；焊接有镀层的板材，三相中频逆变直流点焊机可以达到普通焊机的3倍以上，三相中频逆变直流点焊机工作更稳定，焊接效果更好。

3）焊接变压器更轻：智能中频逆变俐服机器人焊接系统的钳体、焊接变压器、次级整流部分为一体式，与单相工频交流焊机重量相比较：智能中频逆变伺服机器人焊接系统的钳体、焊接变压器、次级整流部分重量为单相工频交流焊机的1/2，设计工艺好的厂家可以达到1/3甚至更低。

4）可焊接材料更广：三相中频逆变直流点焊机工作频率在1000HZ以上，加上直流焊接方式，所以焊接时热效率远高于工频交流点焊机，三相中频逆变直流点焊机具有对普通低碳钢板、铝、镀锌钢板、高强度钢板、多层板焊接、非常薄的材料等进行组合焊接的特性。

5）控制精度更高：_三相中频逆变直流点烨机响应时问为单相工频交流焊机的1/20，电流上升时间更快，时间控制精度更高。

3 机器人点焊焊钳

目前中国市场上机器人点焊焊接中使用的点焊焊钳分为：气动点焊焊钳和伺服点焊焊钳。

3.1 气动点焊焊钳

有控制容易、结构简单、易维护保养等优点，占据着大部分市场。缺点主要集中在浪费能源、焊接效果不理想、需要提供稳定气源、焊接压力不能精确控制等问题，下面是主要缺点说明：

工作时焊接接压力控制精度不够，焊接压力只能为固定值，不能实时控制。

工作时不能有效控制电极杆的移动速度，对被焊件冲击力大，对非常薄的材料等进行焊接时工件容易产生变形。

工作时噪音大，工频焊接变压器工作时噪音大。工作时焊点易产生飞溅，操作工人随时都有被烫伤的危险。

气动焊钳需要提供气源。

安全系数低，工作时焊点易产生飞溅，操作工人随时都有被烫伤的危险。

3.2 伺服点焊焊钳

在中国伺服控制技术的快速发展，伺服控制技术用在点焊焊钳上已成为必然趋势。伺服点焊焊钳由：伺服电机、中频点焊变压器、次级整流器、点焊焊钳等构成。伺服电机用来控制电极杆行走，用来代替气动点焊焊钳的气缸。伺服电极用来实现工作过程中电极杆的直线运动，由机器人控制系统直接控制，是机器人本体的最后一个控制关节，伺服电机要与机器人本体伺服电机品牌一致，要与机器人控制系统兼容。也就是说电极头的直线运动全由机器人控制系统直接控制，精度更高。

1）伺服点焊焊钳优点

焊接质量高：点焊焊接过程中焊接压力的高低对焊接影响非常大，在工作时焊接压力的实时控制，是最大的难题，也是决定焊接质量的重要环节。就伺服点焊焊钳而言，最大的特点就是实现了工作时焊接压力的实时控制，解决了最大的难题，伺服点焊焊钳能精确控制每个焊点在焊接时的电极头压力值，消除了因电极压力因素造成的点焊质量影响。伺服点焊焊钳可以将电极头运动过程分解成多时段控制，加压曲线能达到最好，有效地控制了焊接飞溅问题。另外，在电极头直线运动过程中，不仅可以多时段控制电极压力，还可以实现电极头软闭合，就是在电极头接触到被焊工件时实现无冲击加压，没有了对工件的冲击，工件不会产生变形，间接提高了焊接质量。

2）电极头使用寿命更长久

通过实验可以得到电极头的磨损数据，另外伺服点焊焊钳在工作时通过编码器的反馈信息，可以计算出上下电极接触焊接时的间距。利用以上数据可以计算出焊核的直径，再与原始焊核的直径进行对比，再根据比对结果自动补偿焊接电流的大小和上下电极接触焊接时的间距，进而保证了焊接质量、提高了电极的使用寿命、降低了电极的更换次数。

3）工作效率高

伺服点焊焊钳在点焊机器人点焊位置移动过程中同时进行电极头的直线运动，实现同步运动，这样就缩短了连续工作的周期，电极头在当前焊点与下一个焊点之间的移动过程中电极头就可以开始直线运动，在焊完当前焊点电极头分离开的同时，点焊机器人就可以带动伺服点焊焊钳向下一焊点位移，因同步移动降低了工作时间，工作节拍更快，电极头张开的位置可以根据被焊工件的不同任意调整，在不与被焊工件发生干涉或碰撞的前提下减少电极头张开距离，缩短了工作时间，提高了工作效率。

4）安全

伺服点焊焊钳点焊焊接时无焊接飞溅，周围变得更安全。没有了对工件的冲击，降低了工作噪音。

4 市场前景

技术改变命运，新老交替是必然，落后技术终究会被市场所淘汰，我相信智能中频逆变伺服机器人焊接系统在中国会得到更大的市场。

5 结论

中频伺服机器人焊钳是先进焊接技术的综合产物。伺服焊钳的优势使其正在逐步替代气动焊钳，使其更广泛的应用在点焊机器人系统中。作为技术人员，我们要加人研究自动先进的焊接技术，为国家做出贡献。