焊接技術工業(yè)機器人的應用

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摘要：現(xiàn)階段，焊接已成為使用最為普遍的連接方案，在航空航天行業(yè)、電子產(chǎn)品制造行業(yè)、機械加工制造行業(yè)及船舶制造行業(yè)獲得了廣泛的應用。由于焊接作業(yè)的工作情況通常比較惡劣，焊接過程中焊槍發(fā)出的有毒有害氣體及隨之帶來的非常刺眼的弧光，極易使現(xiàn)場焊接工作人員的健康及安全受到嚴重的影響。所以，相關企業(yè)需要降低在焊接過程中對現(xiàn)場人員的健康和安全帶來的危險及改善工作現(xiàn)場的勞動環(huán)境。

關鍵詞：機器人；焊接技術；工作安全

進入21世紀以來，我國的宏觀經(jīng)濟水平取得了非常迅猛的進步，廣大民眾的生活品質(zhì)持續(xù)提升，然而隨著國內(nèi)人口結(jié)構(gòu)老齡化的情況日益嚴重，出現(xiàn)了因為焊接工作現(xiàn)場環(huán)境惡劣，造成焊接行業(yè)的工人逐年流失的情況，這樣的情況與國內(nèi)的宏觀經(jīng)濟高速發(fā)展，焊接工作量顯著增加的實際狀況發(fā)生了較大的矛盾。為妥善應對此種情況，滿足國內(nèi)各個領域?qū)τ诤附庸ぷ魅找嬖黾拥男枨蟆：附訖C器人已經(jīng)逐漸被各類企業(yè)大量采用。焊接機器人與普通的焊接操作的工人對比，該類設備的工作模式相對比較單一，焊接工人具有全方位的工作能力，能借助本身在實際工作中積累的經(jīng)驗，對于待焊接的工件實施特定的加工操作及根據(jù)現(xiàn)場情況進行改造，進而取得預期的工作成果。不過和焊接工人相比，焊接機器人也具有比較大的優(yōu)勢，能夠大幅度地提升焊接工作的效率，同時還能適應焊接相關工程技術人員所處的環(huán)境。各類企業(yè)目前已經(jīng)在焊接操作的過程中普遍采用焊接機器人相關技術。伴隨著電子領域的加工技術及計算機技術的迅速發(fā)展，機器人焊接技術在加工制造領域內(nèi)得到了顯著的發(fā)展。與此同時，對于焊接機器人的材料、結(jié)構(gòu)及高效的焊接加工實際需求得到了相關人員的普遍重視。能夠完成安全穩(wěn)定、高效率的焊接工作是目前焊接工作中機器人的價值所在，同時也是焊接機器人相關技術研究層面中需要面對的問題之一。焊接行業(yè)中的機器人相關技術現(xiàn)階段在國內(nèi)處于比較重要的位置，對于宏觀經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型工作發(fā)揮著極其關鍵的作用。

1焊接機器人技術的簡介

焊接機器人是一種用于焊接工作（包含切割工序和噴涂工序）的工業(yè)用機器人設備。依照ISO（國際標準化組織）對于工業(yè)用機器人歸類于標準化的焊接機器人的相關定義，工業(yè)機器人指的是一類用途非常廣泛、可以反復編寫程序的自動操控操作機械設備，通常情況下具備3個或者更多數(shù)量可編程的軸結(jié)構(gòu)，可以廣泛使用到工業(yè)自動化相關領域之中。為滿足各行各業(yè)的不同用途，機器人設備的一個軸的接口處通常是一個法蘭結(jié)構(gòu)，可用于連接各種工具或者是末端的執(zhí)行機構(gòu)。焊接機器人指的是位于工業(yè)機器人末軸法蘭連接上焊鉗部件或者焊（割）槍部件，讓其具備焊接功能，切割功能或者熱噴涂的功能。焊接機器人如圖1所示。

2焊接機器人相關技術的分析與研究

2.1焊縫的自動捕捉和自動跟蹤相關技術

焊接機器人自動捕捉焊接工件位置及工件焊縫的跟蹤相關技術上的探索，是有效提升焊接工作品質(zhì)的重要技術[1]。焊接機器人在焊接作業(yè)的進程中，因為加工過程及裝配過程中累積的各類誤差、焊接操作過程出現(xiàn)的弧光和輻射現(xiàn)象的影響、焊接火花飛濺及工件在施加焊接過程中的溫度分布不平衡，導致焊炬及焊縫出現(xiàn)了偏離的現(xiàn)象，使得焊接工作的最終品質(zhì)有所下降。焊縫的捕捉技術的實質(zhì)即為隨著焊接工況的改變而即時對于焊縫的情況進行校驗，捕捉并跟蹤焊縫的軌跡對焊縫實施準確的定位工作。借助傳感裝置實現(xiàn)操控電壓及電流的效果，來完成焊槍對于設定的待焊接位置的焊接作業(yè)。伴隨著現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)的進步及數(shù)字技術在焊接領域中的實際應用，焊接相關跟蹤技術已經(jīng)步入了智慧化的階段。

2.2遠距離遙控焊接、編程、規(guī)劃焊接路線相關技術

伴隨著宏觀經(jīng)濟和科學技術的共同發(fā)展，焊接連接的使用領域正在朝著海洋、外層空間、高溫高壓、高寒等極限環(huán)境迅速延伸。在確保最終焊接品質(zhì)的基礎上，最大限度提升了工作人員的舒適度，減少焊接作業(yè)過程中的意外事故。現(xiàn)階段，焊接技術的進步，在一定范圍內(nèi)解決了焊接技術在遠距離操控上的限制。目前普遍采用的遙控焊接方案均為人機交互的模式，指的是相關焊接操作者控制焊接機器人在遠程條件下執(zhí)行焊接工作的任務。因為在技術領域的研究力度有所欠缺，進行完全自動化遙控的機器人研究隊伍很少出現(xiàn)。不過在遠程遙控自動化焊接工作領域獲得了持續(xù)的進步，該類遙控焊接自動化技術未來的研究目的即為完全自動化的遙控焊接技術。比如20世紀70年代的某國一處核發(fā)電站曾經(jīng)發(fā)生了比較嚴重的核廢料泄露的事故，在此次事故的搶險過程中就合理地利用了遙控的焊接技術針對核廢料泄漏的位置實施了遠距離的焊接操作，成功地修補了泄漏位置，保證了核電站安全運行。在其他領域的技術大幅度進步的背景下，遙控焊接相關技術的焊接品質(zhì)、安全性及穩(wěn)定性，焊接工作適用的范圍都在持續(xù)的進步和擴大。機器人設備的離線編程方案指的是機器人系統(tǒng)的編程語言的延伸，使用圖像及有關的計算機算法，設定機器人和工作現(xiàn)場環(huán)境間的數(shù)字模型。當機器人進行焊接工作的時候，依據(jù)具體的焊接要求、焊接工況參數(shù)實施焊槍軌跡的設計和校正，最終完成整個焊接過程，因此而發(fā)展起來焊接機器人相關的技術。該類編程模式的工作效率及智能化水平較高，目前正朝著全方位自動化的編程趨勢不斷發(fā)展。

2.3專門電弧焊相關的電源技術

焊接領域的主要技術包含點焊及弧焊等兩大類，焊接工作相關設備的主要組成部分指的是推進機構(gòu)及電源設備，專門的電弧焊電源具備比較優(yōu)良的電氣綜合性能，該電源對于焊接機器人的綜合性能表現(xiàn)非常重要。隨著計算機及電子信息技術的飛速進步，為現(xiàn)代機器人焊接的專門電弧焊接電源的發(fā)展提供了一條更新更快的通道。依靠反饋型的控制系統(tǒng)實施精準的控制操作，包含對于電弧焊電流的控制過程，能夠?qū)崿F(xiàn)機器人焊接裝置在焊接進程中滿足高品質(zhì)的焊接效果的目的。

3焊接機器人現(xiàn)階段的實際應用情況

現(xiàn)階段，焊接機器人在各個領域的焊接工作中取得了非常普遍的實際應用，帶來了焊接工作品質(zhì)及效率上的大幅度提高。然而焊接機器人在實際的焊接工作應用中依舊有某些問題需要解決，通常包含如下幾個層面的問題。

3.1焊接機器人的替換零部件的成本非常高昂

因為國內(nèi)對于機器人相關的零部件大批量制造的能力限制，焊接機器人的替換零部件絕大多數(shù)均為國外原裝進口，這種情況下造成了焊接機器人替換零部件的成本非常高昂。假如焊接機器人在使用過程中出現(xiàn)故障，僅僅購買替換零部件的花費就有可能高達幾十萬，并且相關零部件的供貨周期非常長，維修期間嚴重制約了相關企業(yè)正常生產(chǎn)計劃的順利開展。例如，故障率非常高的槍纜設備及焊槍等零部件的價格不菲，造成相關企業(yè)后期使用成本負擔過重，這種情況嚴重影響了我國智能制造領域的快速發(fā)展[2]。

3.2復雜焊接零件焊接過程的編程問題

針對結(jié)構(gòu)復雜零件的焊接過程，焊縫數(shù)量比較多。對于此類狀況，相關焊接機器人數(shù)控編程技術人員就必須在編程工作上耗費較長的時間。然而絕大多數(shù)情況的焊接過程需要調(diào)試及編寫很多相關數(shù)據(jù)參數(shù)，此過程將會耗費很多的人力資源及財力經(jīng)濟成本。編寫程序及調(diào)成過程浪費過多的焊接作業(yè)時間，進而削弱了相關企業(yè)的市場競爭力。焊接機器人與待焊接零件的定位位置產(chǎn)生相對位移以后將會對焊縫質(zhì)量造成不利影響（出現(xiàn)砂眼及氣孔等焊接缺陷）。焊接機器人的焊接過程中，編程工作一般借助自動控制單元對焊槍行進路線進行操控，當焊槍處于規(guī)定的焊接位置時，針對焊槍的定位時間、焊絲傳送、焊接保護氣體傳送、焊絲中斷、焊接保護氣體停止、引弧及息弧等，假如待焊接零件和焊接機器人相對位置產(chǎn)生改變，相關編程程序就會進行重新校準，這種情況就會大幅延長焊接作業(yè)過程。焊接機器人焊縫見圖2。

3.3焊接機器人與人工焊接的差異

焊接工人在對工件的焊接過程中，能夠感知電弧的沖擊作用及熔池內(nèi)部金屬的流動狀況，根據(jù)上述信息評判焊接過程是否正常。焊接工人根據(jù)本身的工作經(jīng)驗能夠自如地調(diào)整焊接參數(shù)，保證焊接工作符合相關技術要求。焊接機器人的相關技術參數(shù)需要事先設定，焊接機器人不會受到外界環(huán)境干擾而對焊縫質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。焊接機器人在焊接過程中執(zhí)行的是一個預先設置的數(shù)控編程程序，其焊接參數(shù)與焊接工人的經(jīng)驗是有巨大差別的[3]。

4焊接機器人技術未來發(fā)展方向研究

4.1焊接機器人自動化技術

焊接機器人自動化技術主要包含模糊控制技術、視覺控制技術及神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術，每一類控制技術在零件的焊接過程中都起到相應的作用[4]。視覺控制技術一般指的是借助視覺傳感裝置對于焊接機器人操作的區(qū)域進行深入處理，之后再把捕捉到的視頻影像和參數(shù)信息隨時記入電腦系統(tǒng)，為廣大相關焊接機器人數(shù)控編程技術人員提供進一步的技術支持，通過針對相關參數(shù)信息的研究精準定位焊接機器人的位置。神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術指的是計算機對人類思維進行模擬的一種方法，由于在焊接機器人的焊接過程中，經(jīng)常會發(fā)生某些意外狀況，而借助神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術可以迅速應對焊接機器人工作過程中遇到的狀況，然而把神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術有機地應用在焊接機器人控制系統(tǒng)中，最后取得符合相關技術標準的焊接效果。

4.2多傳感裝置信息結(jié)合技術和虛擬現(xiàn)實技術

多傳感裝置信息結(jié)合技術是焊接機器人領域比較多見的一類技術，該技術可以全方位符合相關企業(yè)的生產(chǎn)要求，也能夠把焊接機器人相關技術全方位普及和推廣。此外，焊接機器人中通常會配備超聲波傳感裝置，用來保證焊接機器人工作過程中的安全平穩(wěn)性，讓其可以快速接收準確的數(shù)據(jù)信息。多傳感裝置信息結(jié)合技術原理見圖3。虛擬現(xiàn)實技術一般指的是借助電腦編程的方式，把相關的參數(shù)信息轉(zhuǎn)化成一種模擬現(xiàn)實環(huán)境的技術，從而為焊接機器人焊接過程提供相關技術支持。使用該項技術還能夠為相關焊接機器人數(shù)控編程技術人員提供真實的使用感受，最大程度上提升焊接零件的品質(zhì)及焊接機器人的工作效率[5]。與此同時，相關技術人員還需要在電腦上實現(xiàn)對應的焊接機器人焊接操作步驟，用以提升整個焊接操作的實效性。

5結(jié)束語

綜上所述，焊接機器人在將來智能制造技術領域中的作用相當重要，焊接機器人在相關企業(yè)生產(chǎn)制造過程中起到了至關重要的作用，相關焊接機器人數(shù)控編程技術人員在零件的焊接過程中可以大幅提升相關產(chǎn)品的質(zhì)量及總體焊接制造效率。相關研發(fā)隊伍對于焊接機器人相關技術的開發(fā)研究最大限度地促進了工業(yè)制造業(yè)領域的發(fā)展。

參考文獻：

[1]費存華．焊接機器人技術研究與應用現(xiàn)狀探討[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2018，258（5）：65+67．

[2]靳全勝，李杰．焊接機器人技術研究與應用現(xiàn)狀[J].輕工科技，2018，34，231（2）：39-40+62．

[3]謝小寶，林健力.焊接機器人應用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2018，228（6）：90-92．

[4]閆河江.焊接機器人的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].華東科技（綜合），2018（9）：3．

[5]麻鵬.焊接機器人在焊接技術應用中的關鍵技術研究[J].中國科技投資，2019（11）：214．

作者：譚偉美 盧柱陽 單位：廣西玉林農(nóng)業(yè)學校