1 引言 隨著國內(nèi)航天事業(yè)飛速發(fā)展、國際衛(wèi)星發(fā)射市場競爭日趨激烈，對發(fā)動機的生產(chǎn)周期、制造成本，提出了更高的要求。為了適應(yīng)這種形勢，設(shè)法提高焊接接頭質(zhì)量及焊接接頭質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證生產(chǎn)周期己成為當(dāng)務(wù)之急二機器人焊接系統(tǒng)的柔性優(yōu)勢正是解決這種矛盾的良好方案。 2 機器人焊接存在的問題 為滿足焊接質(zhì)量的要求，對每·段都需要選擇其中一條焊縫進行機器人編程。目前采用的編程方式為示教編程。操作人員利用示教盒控制機器人運動，使焊槍到達完成焊接作業(yè)所需位姿，并記錄下各個示教點的位姿數(shù)據(jù)。隨后機器人便可以在"再現(xiàn)"狀態(tài)完成這條焊縫的焊接。 根據(jù)前期的試驗，目前存在以下兩方面問題: （1）示教精度不穩(wěn)定，影響焊接質(zhì)量 在示教過程中，編程效果受操作人員水平及狀態(tài)的影響較大。示教時，應(yīng)盡量保證示教點在焊縫軌跡上，保證合適的焊槍高度，并且要保證焊槍姿態(tài)的連續(xù)變化，對操作人員的水平要求很高。另外，操作人員長時間處在高度精神集中的狀態(tài)，很難保證每個示教點的準(zhǔn)確。從而使最終的編程精度變得不穩(wěn)定，有時還會發(fā)生焊槍與工件相碰等問題。 （2）編程時間長，焊接效率低 為了保證軌跡的精度，通常在100mm的焊縫上，需要示教50個點，以保證焊接機器人運行平滑及收弧點位置的一致。在每段的在線示教與編程中，需要2小時的時間，即整個產(chǎn)品在示教編程上需要200小時，合計在25個工作日，加大了噴管延伸段的總焊接時間。 因此，如何提高編程的效率及精度，縮短產(chǎn)品總的焊接時間，提高焊接質(zhì)量成為需要迫切解決的問題。 3 機器人焊接離線編程技術(shù) 目前的機器人編程可以分為示教編程與離線編程兩種方式。在機器人所要完成的任務(wù)不很復(fù)雜，以及編程時間相對于工作時間米說比較短的情況下，示教編程是有效可行的，但在許多復(fù)雜的作業(yè)應(yīng)用中不是令人滿意。 3. 1機器人離線編程特點 機器人焊接離線編程及仿真技術(shù)是利用計算機圖形學(xué)的成果，在計算機中建立起機器人及其工作環(huán)境的模型，通過對圖形的控制和操作，在不使用實際機器人的情況下進行編程，進而產(chǎn)生機器人程序。與傳統(tǒng)的在線示教編程相比，離線編程具有如下優(yōu)點: a.減少機器人不工作的時間。 b.使編程者遠離危險的工作環(huán)境。 c.便于修改機器人程序。 d.可結(jié)合各種人工智能等技術(shù)來提高編程效率。 e.便于和CADICAM系統(tǒng)結(jié)合，做到CAD/CAM/Robotics一體化。 因此，機器人焊接離線編程及仿真是提高機器人焊接系統(tǒng)柔性化的一項關(guān)鍵技術(shù)，是現(xiàn)代機器人焊接制造業(yè)的一個重要發(fā)展趨勢。 3. 2機器人離線編程技術(shù)現(xiàn)狀 目前國際市場上己有基于普通PC機的商用機器人離線編程軟件，如Workspace, ROBCAD, IGRIP等。 Workspace是Robot Simulations公司開發(fā)的第一個商品化的基于微機的機器人仿真與離線編程軟件。該軟件最新版木采用了ACIS作為建模核心，與一些基于微機的CAD系統(tǒng)如AutoCAD做到了很好的數(shù)據(jù)交換。 ROBCAD是美國Tecnomatix公司1986年推出的機器人CAD及仿真系統(tǒng)。短短幾年內(nèi)，ROBCAD已在實際工業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，美國福特、德國大眾、意大利菲亞特等多家汽車公司，美國洛克希德宇航局都使用ROBCAD進行機器人生產(chǎn)線的設(shè)計、仿真和離線編程。 美國另一個著名的機器人離線編程與仿真軟件包是IGRIP，它是美國Deneb Robotics公司推出的交互式機器人圖形編程與仿真軟件包，主要用于機器人工作單元布置、仿真及離線編程。IGRIP可在SGI、HP, SUN等工作站上運行。IGRIP軟件分為三個部分:IMS, GSL. GLI。此外，它還通過一個共享庫為用戶提供一些更高級的功能。國內(nèi)在機器人焊接離線編程方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等單位開展了研究工作。其中哈爾濱丁業(yè)大學(xué)在十幾年前便開展了研究工作，研究水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，相繼開發(fā)出了RAWCAD等機器人弧焊離線編程系統(tǒng)，并在一些產(chǎn)品上得到了應(yīng)用。 4 機器人離線編程與仿真解決方案 開發(fā)基于SolidWorks平臺的弧焊機器人離線編程與仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)噴管延伸段焊接過程中的離線編程工作。 4. 1工作流程 a.建立噴管延伸段模胎與管子的CAD模型及機器人模型。 b.對焊縫進行分段并編號，并針對每一段焊縫，利用離線編程系統(tǒng)進行自動編程，包括焊槍軌跡的規(guī) 劃、焊槍姿態(tài)的規(guī)劃。 c.對編程結(jié)果進行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對規(guī)劃的位姿進行修正。 d.對機器人坐標(biāo)系進行標(biāo)定，使其與離線編程系統(tǒng)中的坐標(biāo)系一致。 e.將離線編程得到的程序轉(zhuǎn)換成Motoman機器人程序，并通過通訊接口或CF卡導(dǎo)入到機器人控制器中。 f.機器人利用離線編制的程序完成工件的焊接。 4. 2三點標(biāo)定法 三點標(biāo)定法，分別用到實際工件的三個特征點的空間坐標(biāo)和虛擬工件的三個特征點的空問坐標(biāo)。其中，標(biāo)簽點（X）為標(biāo)定用坐標(biāo)系的x軸上的一點標(biāo)簽點〔Y）為標(biāo)定用坐標(biāo)系的y軸上的一點，標(biāo)簽點（o）為標(biāo)定用坐標(biāo)系的原點位置。 4.3實例 4.3.1標(biāo)定 進行實際機器人的示教，將機器人焊槍示教到工件的三個特征點處，記錄在三個特征點處機器人關(guān)節(jié)角的大小，保存到文件中。再將此蘭組機器人關(guān)節(jié)角文件改寫為機器人程序文件，然后利用"編程器"的程序上載功能上載到離線編程系統(tǒng)中，在"編程器"中控制機器人單步運動，每運動到一點就將機器人末端的位置記錄到相應(yīng)的點中，見圖1。 此處提供了馬鞍形焊縫工件的標(biāo)定功能，標(biāo)定過程中需要六個標(biāo)簽點，上圓三個，下圓三個。各個點的記錄方法和前面的三點標(biāo)定相同，注意圓上各點的記錄順序應(yīng)該相同，一般為逆時針方向。見圖2。 4.3.2 創(chuàng)建焊接接頭特征對象 生成焊接接頭特征對象:a進行名稱檢查;b，進行位姿計算。目前的位姿計算只支持角焊縫，計算原理為:角焊縫的截面為近似倒三角形，整體近似三棱形，在兩個焊板相交的焊縫底部棱邊上生成焊接路徑點，從邊上提取空間位置信息，邊在該點的切線方向為焊縫點的X軸方向，焊縫兩個側(cè)面的法向方向的夾角方向為焊縫點的Z軸方向，Y軸由X,Z叉乘得到。見圖3。 在沒有生成焊縫幾何體的情況下，生成焊接路計算原理和從焊縫幾何體生成焊縫點的原理相見圖4。 4.3.3噴管延伸段機器人焊接仿真 噴管延伸段機器人焊接系統(tǒng)仿真結(jié)果見圖5。 5 結(jié)束語 由于采用離線編程，編程時不影響焊接機器人的正常生產(chǎn)。而且離線編程系統(tǒng)可以進行自動編程，焊槍位置點的選取及焊槍姿態(tài)的過渡會很平滑，編程精度會提高。編程人員通過仿真系統(tǒng)，能夠很充觀地檢查編程結(jié)果，并可以進行人工修正。 采用這樣的離線編程系統(tǒng)，能夠提高編程效率，減輕編程員的勞動強度，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率及產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。