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来源：《科技风》2021年第36期
摘要：焊接离线编程与仿真模拟功能可以通过通用仿真软件或与机器人配套专用软件来实现。其原理就是在软件环境将机器人、焊系统、焊接变位机、焊接夹具、输送线等三维数模按照实际产线layout进行布置，通过软件相关指令处理最后生成机器人本体可识别的代码。从而驱动机器人按照规划的姿态和路径进行动作，并能生成三维仿真动画。以汽车焊装为例，采用焊接仿真工具软件既可以获得离线程序，又可以准确的评估焊装生产线的节拍、焊装夹具、焊结构的合理性。为后期焊装生产线工艺方案的改善和优化提供分析数据，从而可以避免因工艺方案错误而造成损失，同时也缩短焊装工艺开发周期，实现汽车焊装工艺设计的数字化。本文第一部分介绍机器人焊接仿真在汽车焊装中应用的研究背景、目的及意义;第二部分为汽车焊装工业机器人相关概念的界定;第三部分分析了机器人焊接仿真在汽车焊装中的应用优势;第四部分探讨了机器人焊接仿真在汽车焊装中的应用，旨在为机器人汽车焊装实践应用与推广提供一些参考。零时刻
关键词：机器人;离线编程;仿真;汽车焊装;数字化
在5G互联网技术、AI技术、计算机技术等支持下，机器人焊接离线编程与仿真在汽车焊装中的应用开启了汽车制造企业数字化转型之路。研究机器人焊接仿真在汽车焊装中的 不锈钢镀钛应用对促进我国汽车行业的健康可持续发展和提升国内汽车制造行业的國际竞争力有着重要的意义。
一、研究背景、目的及意义
在经济全球化背景下，汽车制造行业的竞争愈演愈烈。目前，国内的汽车市场中国民族品牌的汽车占有率仅为50%，其余50%被国外汽车品牌、中外合资品牌抢占。近几年，国内中国民族品牌的汽车占有率出现了下降趋势。由于国内汽车市场及全球汽车市场的激烈竞争，现阶段国内汽车产业正面临着严峻的市场考验，迫切需要产业结构调整升级。根据当前汽车制造行业的发展态势，未来我国汽车及相关产业转型标志就是实现数字化生产及管理。即要求汽车制造企业向数字化转型升级。机器人焊接离线编程与仿真技术作为智能制造技术在汽车制造领域应用的代表，能够通过虚拟仿真分析获得汽车焊装工艺流程的重要信息，用于实际焊装工艺优化。这种基于机器人焊接离线编程与仿真技术获取的信息，能够直观、准确、高效、实时的检测机器人的TCP是否与待焊工件或焊接夹具干涉以及该工序生产节拍，为后续产品、焊接夹具的结构调整和焊装线设计提供了重要的依据，从而通过机器人焊接离线与仿真消除了焊装工艺设计存在的问题。确保机器人更加精准的
完成汽车焊装线的工作。因机器人焊接仿真技术能够快速推动汽车焊装生产的全自动化，汽车生产线数字化的转型，而未来10年内汽车全自动化、数字化生产水平的高低将成汽车制造企业竞争力重要衡量指标。现阶段，国内民族汽车品牌企业正面临着结构转型的困境。通过研究该课题，旨在为民族品牌汽车企业的数字化转型升级及国内汽车行业的发展提供一些意见。该课题的研究对汽车制造企业进一步加深对焊接离线编程与仿真技术应用的研究有着重要的意义。
二、概念界定
（一）工业机器人
工业机器人指具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。工业机器人发展至今，根据技术可划分为第一代、第二代、第三代，依次为示教再现型机器人、初步智能机器人、智能机器人。示教再现型机器人具有记忆能力，它是目前工业中使用最为广泛的一类机器人。因其工作质量受操作人员技术影响较大，缺点是会存在操作质量参差不齐的问题。初步智能机器人能够借助各类传感器感知外部环境，并将感知的信息反馈给机器人.例如：弧焊机器人通过接触传感进行起止点的寻位;利用电弧跟踪、激光传感
器、视觉传感器对焊缝实施跟踪。相对第一代工业机器人的自动化程度更高，操作精准度也更高。智能机器人现阶段还处于初步的研究阶段，并未在工业制造中进行应用。它也是下一阶段工业制造应用研究的目标，相对于第二代工业机器人，智能机器人需要改变初步智能机器人对工业流水线的适应性、学习及决策等功能，相当于赋予了工业机器人人脑的功能。因此，它应该具有高度的适应性，以及自主学习、推理、决策等功能。
（二）机器人建模与仿真
汽车焊装生产线使用的机器人基本上都是关节机器人，一般是伺服电机驱动的6轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。仿真时可以在软件的资源库中直接调用机器人模型，如果资源库中不存在实际使用的机器人型号时可以联系机器人厂家提供模型。以汽车焊装为例，采用Tecnomatix数字仿真工具对汽车焊装的工艺流程进行建模及仿真分析，帮助汽车制造企业对制造流程的设计进行验证，从而通过仿真分析结果调整焊装工艺，以实现缩短作业时间、提高工艺水平和降低制造成本的目的。Tecnomatix分为ProcessDesigner（PD）和ProcessSimulate（PS）两个软件模块，汽车焊装的生产工艺主要通过PD模块的应用完成。PS在汽车焊装中应用时产品设计、检查验证、调整优化的仿真分析流程如下图所示。
（三）焊接仿真
焊接仿真可以通过Robcad软件完成。Robcad软件是一款用于工作单元仿真的工具，也具有开发、仿真、优化、验证、离线设计多设备机器人及自动制造流程功能。它还能够创建三维立体环境，并对整个制造单元和系统进行完全可动的数字样机的构建，并为流程优化及计算开发时间表各阶段的周期时间提供一个平台。先通过Robcad软件进行文件导入，然后用Kinematics为3D模型添加机械动作，再创建Cell文件，生成焊接轨迹，最后完成焊接标准作业程序（SOP）流程的制作。
1.文件导入
Robcad软件有ce和co两种数据形式。文件导入时要根据预览图进行手动添加。ce数据只包含装配信息，co数据包含三维数据。根据SOP流程制作的需求选择导入文件的数据格式，并依次设置project文件路径和library路径。
Robcad文件导入的步骤参考如下：打开AutoCAD目标文件→选择“另存为”→更改保存类型为DXF后保存→点击Data的CADImport选取要转换的文件及其对应类型→将Import转换为co文件。
永磁同步电机转子
2.添加机械动作
通过Kinematics添加机械动作的步骤参考如下：点击Robcad→点击project存放co文件的文件夹→点击Robcad中的Modeling下的Files下的Open打开转换好的co文件→点击Open下的Independent，在component栏目中选择需要编辑的3D模型导入→点击Kinematics下的Link部分的Creat来建立连接，连接模型固定部分→重复选择模型的固定，连接模型动作部分的组建（一般需要通过选择三次来完成模型的固定。第一次选择主体，选择固定不动的部分;第二次选择上极;第三次选择下级）→点击Kinematics下的Axis及模型上动作轴的两侧，作为Axis线的第一点和第二点，建立模型的关节轴→联系模型固定部分、动作部分及关节轴→点击Accept完成制作→给夹爪气缸模型设置开合状态。夹爪的开合状态包括ope、close、hone三种。
3.创建Cell及焊接平台
间歇式轮转机
生成焊接轨迹的步骤参考如下：新建Cell文件名→导入项目需要的CO文件库源，并自定义导入模型资料→使用PlacementEditor功能移动工作区间内的模型位置，并按照LAYOUT布局资料将模型准确放入工作空间内→安装焊→焊接平台搭建完成。
4.生成焊接轨迹
生成焊接轨迹的方式有两种：（1）通过外部数据的导入生成焊接轨迹。该方法以3D软件中待焊接产品坐标系为基准，生成焊接路径，导出焊接点位信息。再对点位信息通过微调后确定精准的X/Y/Z/点位数据，在项目目录下建立文本文档保存文件数据。将轨迹信息直接导入Robcad软件专案中，生成焊接轨迹。（2）在Robcad软件中手动创建焊接轨迹。选择PathEditor增加路径，生产轨迹所需点位，确定并生产路径。通过调整焊点方向来位置，并生成过渡点。在Path路径中增加过渡点。最后选择Motion栏中机器人和焊接轨迹并电机，确定观看焊接动作，生成焊接轨迹。型采
5.完成SOP流程的制作
点击Robcad软件菜单，下拉菜单点击Workcell选项，再点击Sop，弹出Sequence命令后新建SOP的名称，输入新建名称Operation后选择Type类型设置Robot，点击其属性框的输入框选择机器人，选择规划好的焊接轨迹，最后点击Accept，即可完成单个机器人焊接动作。单个SOP制定成功后，继续制造工装夹爪的开合动作，依次规划动作时序就完成SOP流程的制作。
三、机器人焊接离线编程与仿真在汽车焊装中的应用优势
（一）确认及反馈机器人操作范围与焊角度的优势
机器人焊接仿真分析应用于复杂的焊接工件时，通过模型模拟及仿真分析验证焊接动作，反复地确认机器人的操作范围及焊角度，并提供反馈。它的好处在于通过建模仿真分析来对机器人焊接轨迹及焊接动作进行调整，从而降低汽车焊装线上机器人操作的失误率。
（二）机器人节拍计算及协调模拟的优势
通过仿真分析，可以取得更加精准的作业节拍，并验证机器人焊接动作的协调性。为工艺设计者尽早制定明智的决策可供依据，从而提高了加工效率和加工的灵活性。同时降低了生产成本，降低了风险，提高了企业的收益。
（三）离线编程的优势
通常来讲，机器人编程可分为示教在线编程和离线编程。示教在线编程过程烦琐、效
率低。精度完全是靠示教者的目测决定，而且对于复杂的路径示教在线编程难以取得令人满意的效果。但是工业机器人离线编程就完全不同了，能够减少机器人的停机时间，当对下一个任务进行编程时，机器人仍可在生产线上进行工作，使工作人员远离了危险的工作环境，而且适用范围广，可对各种机器人进行编程，并能方便地实现优化编程。
四、机器人焊接仿真在汽车焊装中的应用
（一）在汽车减震器焊接中的应用
低压蒸汽锅炉 机器人焊接仿真应用于汽车减振器焊接时，可选定双机器人、双工位型进行焊接布局，实施交替作业。这种作业方式，双工位实际上为三轴变位机，该机构及系统的稳定性更好，可靠性更高，系统运行更加安全。在应用双机器人焊接仿真分析时，需要结合顾客需求、焊缝位置、工件产量及质量等进行工艺流程的设计，通过建模仿真分析设计多套方案，并选择最优的方案及其焊接工艺。如在对T50型减震器和334型减震器吊耳焊接时，考虑到两种减震器外筒直径差异较大的情况下，一个工位采用销轴定位法重构吊耳焊接夹具，另一个工作进行焊接作业。焊接334减震器外筒和吊耳时，一个工位采用变换定位杆件并调节夹紧位置和方向对焊件进行夹紧处理，另一个工作进行焊接。双机器人双工位的
方式在外筒直径不同的减震器焊接中的应用可以改变依靠更换基座夹紧后再焊接的方式。这种通过交替焊接布局与作业，两个工作同时进行，可以有效地提高焊接的效率和精准性。
（二）在车门焊接中的應用
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