導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)器人智能焊接技術(shù)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：焊接作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種加工手段，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的組裝，焊接質(zhì)量的好壞和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用。通過(guò)對(duì)機(jī)器人智能焊接技術(shù)進(jìn)行探討，可促進(jìn)和推動(dòng)精密行業(yè)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、質(zhì)量管控、自動(dòng)化控制，與工業(yè)智能化接軌，為建設(shè)工廠智能化提供堅(jiān)實(shí)有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：智能焊接；機(jī)器人焊接

近年來(lái)，我國(guó)伴隨著金融經(jīng)濟(jì)逐漸提升，勞動(dòng)成本也相應(yīng)的升高，“中國(guó)制造”的經(jīng)濟(jì)模式不再以廉價(jià)勞動(dòng)力為支撐。焊接作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種加工手段，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的組裝，焊接質(zhì)量的好壞和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)焊接作業(yè)會(huì)產(chǎn)生煙塵、弧光、金屬飛濺的污染物，焊接的工作環(huán)境呈現(xiàn)出臟亂差的表象。

1行業(yè)需求

精密行業(yè)，與普通民用品比較有大自身特點(diǎn)：產(chǎn)量較少，技術(shù)含量高、訂單生產(chǎn)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)復(fù)雜、大部分工序都是人工操作，特別是焊接方面，由于焊接操作面較為復(fù)雜，柔性要求較高，基本是靠人工焊接，由于人工焊接成本較高、焊接品質(zhì)上、一致性上都達(dá)不到較高水準(zhǔn)。順著儀表行業(yè)發(fā)展，要求也不斷提高，落后的生產(chǎn)工藝成了國(guó)內(nèi)儀表發(fā)展和提高的障礙。儀表行業(yè)急需智能化程度高、柔性好的焊接裝備，替代落后的生產(chǎn)工藝。

2機(jī)器人智能焊接意義

（1）提高儀表整體品質(zhì)，縮短與進(jìn)口儀表差距，國(guó)內(nèi)精密儀表需求從20世紀(jì)50年代至今，對(duì)進(jìn)口的依賴程度未有減小，究其原因：加工工藝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而焊接工藝是至關(guān)重要的一環(huán)，展開(kāi)精密儀表焊接工藝研究，提升焊接工藝及水平，是保證儀表品質(zhì)的有效手段。（2）焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性和均一性。采用智能裝備焊接技術(shù)，設(shè)置穩(wěn)定的焊接參數(shù)（焊接速度，變位系數(shù)，焊接電流，電壓）可直觀的保證焊縫的質(zhì)量。人工焊接，在焊接參數(shù)中得不到可靠的保證，而且工人的基本素質(zhì)技能也是因人而異，焊接生產(chǎn)作業(yè)量及質(zhì)量做不到均一性。（3）改善作業(yè)環(huán)境。采用機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備，操作工人使用此設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，只需要對(duì)相應(yīng)焊接工件輸入一些簡(jiǎn)單參數(shù)，停開(kāi)機(jī)操作。遠(yuǎn)離了焊接產(chǎn)生的有害弧光、焊接煙塵煙霧和鐵水飛濺等。對(duì)于工件的連續(xù)焊接和點(diǎn)焊，機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備都能夠完成，工人無(wú)需使用手工焊鉗，降低高強(qiáng)度的體力勞動(dòng)。（4）提高生產(chǎn)效率。機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備可連續(xù)24h進(jìn)行生產(chǎn)。使用此設(shè)備焊接，可以高速高效焊接，明顯的提高了生產(chǎn)效率。（5）產(chǎn)品周期及產(chǎn)量。機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備的節(jié)拍固定，在生產(chǎn)計(jì)劃的安排上更加合理，明確。（6）減小投資，和換型生產(chǎn)的周期。機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小批量的自動(dòng)化焊接作業(yè)。在生產(chǎn)過(guò)程中換型操作簡(jiǎn)單，工人操作機(jī)器人控制器調(diào)用相應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)與之對(duì)應(yīng)的程序，快速的更換產(chǎn)品型號(hào)的更換工作。

3焊接工藝介紹

現(xiàn)階段的焊接工藝在操作人員上分為手工焊、自動(dòng)焊。自動(dòng)焊包括機(jī)器人焊接，專機(jī)焊接，然而在焊接柔性方面機(jī)器人智能裝備焊接技術(shù)常用氣體保護(hù)焊（電弧融化極氬弧焊、富氬混合氣體保、鎢極氬氣保護(hù)焊）、等離子弧焊、融焊、釬焊以及激光焊等。

4機(jī)器人智能焊接技術(shù)

4.1機(jī)器人專用弧焊電源技術(shù)?；『鸽娫词菣C(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備的重要環(huán)節(jié)?；『鸽娫磻?yīng)具備良好的電氣性能，動(dòng)特性，能夠使機(jī)器人智能裝備焊接的功能發(fā)展到最大限度。逆變弧焊電源系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)備具體積小，質(zhì)量輕，高效節(jié)能，控制靈活，動(dòng)特性好。具備精細(xì)的波形控制技術(shù)，焊接工作頻率寬廣（20～200kHz），適用于機(jī)器人智能裝備智能焊接。數(shù)字化控制是弧焊電源設(shè)計(jì)中的重要組成部分，具備穩(wěn)定的焊接參數(shù)、電網(wǎng)電壓波動(dòng)小、元器件溫升及老化影響小，重復(fù)精度高，焊縫成形好，質(zhì)量穩(wěn)定，可以采用DS快速響應(yīng)，控制系統(tǒng)精確的給定控制指令，使電源輸出穩(wěn)定，輸出的電流波形和電弧電壓種類多，高速穩(wěn)定調(diào)節(jié)適應(yīng)于多種焊接電源要求。4.2焊接機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)。機(jī)械手的仿真技術(shù)，在機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用機(jī)器人控制系統(tǒng)、Auto-CAD和計(jì)算機(jī)3D建模等圖形設(shè)計(jì)軟件，在計(jì)算機(jī)中以仿真動(dòng)畫(huà)形式呈現(xiàn)出來(lái)，然后對(duì)機(jī)械手手臂進(jìn)行控制、運(yùn)動(dòng)正反解分析，在實(shí)際運(yùn)行中環(huán)境中遇到的抗干擾和避讓問(wèn)題進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬。設(shè)計(jì)模型通過(guò)ANSYS等分析軟件在力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、流體學(xué)等環(huán)境中分析，達(dá)到最實(shí)用，最可靠的設(shè)計(jì)，通過(guò)這種方法可以很好地解決遇到的問(wèn)題。4.3多設(shè)備的協(xié)調(diào)控制技術(shù)。按照常規(guī)設(shè)計(jì)進(jìn)行，機(jī)器人智能裝備是一臺(tái)機(jī)器人系統(tǒng)或工作站，包括焊接電源，機(jī)器人控制柜，焊接機(jī)器人本體及焊接夾具等。通常工人操作中只對(duì)焊接夾具及變位機(jī)、焊接機(jī)器人和弧焊電源集成，才能發(fā)揮其更好的作用。當(dāng)焊接設(shè)備具有多個(gè)焊接機(jī)器人時(shí)，多套系統(tǒng)進(jìn)行集成，如何做好多套機(jī)器人合作，使用多套設(shè)備協(xié)調(diào)控制技術(shù)。4.4焊縫實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)。機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備使用焊縫實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)，保證良好的焊接質(zhì)量。焊縫的實(shí)時(shí)跟蹤受設(shè)備、環(huán)境、溫度、材料等諸多因素影響。焊接在不同的環(huán)境等諸多因素中進(jìn)行時(shí)，焊接參數(shù)就要跟著變化，應(yīng)力的變化，會(huì)使焊縫發(fā)生偏離，就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷等嚴(yán)重情況發(fā)生。焊縫質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)，隨時(shí)對(duì)焊接參數(shù)及路徑進(jìn)行調(diào)整，才能保證焊縫質(zhì)量。要想實(shí)現(xiàn)焊縫實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)，必須實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤控制理論與方法和傳感器技術(shù)。（1）焊縫跟蹤控制理論與方法。使用焊縫跟蹤控制技術(shù)，常用的控制理論與方法有以下幾種。①焊接過(guò)程中，在焊接軌跡方向上，焊槍相對(duì)工件按照每移動(dòng)固定的距離，就完成一次調(diào)整，或者說(shuō)，每移動(dòng)固定的距離，控制器向傳感系統(tǒng)發(fā)出一次位置指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對(duì)位置進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行焊接作業(yè)。②在焊接過(guò)程中，以固定的時(shí)間間隔控制器向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請(qǐng)求的指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對(duì)位置進(jìn)行移動(dòng)，從而進(jìn)行焊接作業(yè)。③焊接過(guò)程中，在焊接速度方向上，提前確定焊縫線路，傳感器對(duì)焊縫前段（未開(kāi)始焊接）進(jìn)行跟蹤，向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請(qǐng)求指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對(duì)位置進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行焊接作業(yè)。以上幾種控制理論直接關(guān)系到焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵，所有這些焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)都離不開(kāi)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指令傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)分析處理后，隨時(shí)發(fā)送位置指令，依據(jù)位置請(qǐng)求指令進(jìn)行下一步動(dòng)作。（2）傳感器技術(shù)。傳感器技術(shù)不斷飛速發(fā)展，在原有傳感器上突飛猛進(jìn)，出現(xiàn)一代又一代的智能傳感器。在機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備中使用廣泛，為智能化設(shè)備研究起重要的推動(dòng)作用。在智能裝備焊接設(shè)備中長(zhǎng)使用電弧傳感器及光傳感器，然而兩種的原理各有不同。電弧傳感器的原理是從焊弧中獲得相應(yīng)焊縫偏差信息的，不添加外設(shè)裝置設(shè)備，使用方便，成本較低，實(shí)時(shí)性良好等優(yōu)點(diǎn)。然而光傳感器中多使用視覺(jué)識(shí)別，是傳統(tǒng)的光傳感器與圖形識(shí)別及處理系統(tǒng)綜合集成的現(xiàn)代先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，有效的提高了智能焊接裝備的適應(yīng)能力及產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。①路徑規(guī)劃及編程仿真技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形建模，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定焊接作業(yè)的工作環(huán)境，采用動(dòng)畫(huà)仿真模式進(jìn)行焊接路徑規(guī)劃，通過(guò)機(jī)器人智能焊接裝備設(shè)置對(duì)相應(yīng)的規(guī)劃路徑信息進(jìn)行分析，利用規(guī)劃路徑的算法進(jìn)行科學(xué)的分析，結(jié)合仿真技術(shù)，得出詳細(xì)的焊縫規(guī)劃路徑。設(shè)置焊接材料，焊絲數(shù)據(jù)，焊接任務(wù)等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算算法分析得出焊接程序，機(jī)器人智能焊接裝備焊接設(shè)備依據(jù)焊接程序?qū)ぜM(jìn)行焊接作業(yè)，完成智能化焊接，保證焊接質(zhì)量。自動(dòng)編程仿真技術(shù)以焊接任務(wù)、焊接軌跡、焊接參數(shù)等為基礎(chǔ)，針對(duì)于機(jī)器人智能焊接裝備運(yùn)用與研究有著重要的推動(dòng)作用。自動(dòng)編程技術(shù)在焊接的各個(gè)環(huán)節(jié)中能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的實(shí)施目的，具備高智能化、高效率、高精度等優(yōu)良特點(diǎn)。②遙控焊接技術(shù)。遙控焊接技術(shù)是指工作人員在離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)，在安全的環(huán)境中對(duì)設(shè)備進(jìn)行焊接或遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，達(dá)到整個(gè)焊接完成的相關(guān)焊接工作。在一些特定場(chǎng)所不適合人員進(jìn)入該現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，會(huì)危害人身安全的環(huán)境，如核電廠反應(yīng)塔等設(shè)備維護(hù)，石油海上工作站，高溫高壓環(huán)境等都不適合焊接工作人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接作業(yè)，所以遙控焊接技術(shù)是完成相關(guān)工作的必然物。

5結(jié)語(yǔ)

在先進(jìn)的工業(yè)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，焊接是工業(yè)制造中重要的組成部分，機(jī)器人智能裝備焊接設(shè)備的研制，已是焊接設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，柔性集成、智能制造已是工業(yè)制造技術(shù)的趨勢(shì)，現(xiàn)代機(jī)器人智能裝備焊接制造，是自動(dòng)化焊接的重要發(fā)展環(huán)節(jié)及工業(yè)制造技術(shù)前進(jìn)的動(dòng)力。

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作者:甘濤 魏國(guó)軍 劉強(qiáng) 陳銳 單位:重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所