机器人智能焊接技术分析

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摘要：焊接作为工业生产中非常重要的一种加工手段，对于钢结构的组装，焊接质量的好坏和钢结构相关产品质量起着决定性的作用。通过对机器人智能焊接技术进行探讨，可促进和推动精密行业实现批量生产、质量管控、自动化控制，与工业智能化接轨，为建设工厂智能化提供坚实有力的依据。

关键词：智能焊接；机器人焊接

近年来，我国伴随着金融经济逐渐提升，劳动成本也相应的升高，“中国制造”的经济模式不再以廉价劳动力为支撑。焊接作为工业生产中非常重要的一种加工手段，对于钢结构的组装，焊接质量的好坏和钢结构相关产品质量起着决定性的作用，同时焊接作业会产生烟尘、弧光、金属飞溅的污染物，焊接的工作环境呈现出脏乱差的表象。

1行业需求

精密行业，与普通民用品比较有大自身特点：产量较少，技术含量高、订单生产、生产环节复杂、大部分工序都是人工操作，特别是焊接方面，由于焊接操作面较为复杂，柔性要求较高，基本是靠人工焊接，由于人工焊接成本较高、焊接品质上、一致性上都达不到较高水准。顺着仪表行业发展，要求也不断提高，落后的生产工艺成了国内仪表发展和提高的障碍。仪表行业急需智能化程度高、柔性好的焊接装备，替代落后的生产工艺。

2机器人智能焊接意义

（1）提高仪表整体品质，缩短与进口仪表差距，国内精密仪表需求从20世纪50年代至今，对进口的依赖程度未有减小，究其原因：加工工艺达不到设计要求，而焊接工艺是至关重要的一环，展开精密仪表焊接工艺研究，提升焊接工艺及水平，是保证仪表品质的有效手段。（2）焊缝质量的稳定性和均一性。采用智能装备焊接技术，设置稳定的焊接参数（焊接速度，变位系数，焊接电流，电压）可直观的保证焊缝的质量。人工焊接，在焊接参数中得不到可靠的保证，而且工人的基本素质技能也是因人而异，焊接生产作业量及质量做不到均一性。（3）改善作业环境。采用机器人智能装备焊接设备，操作工人使用此设备进行简单的操作，只需要对相应焊接工件输入一些简单参数，停开机操作。远离了焊接产生的有害弧光、焊接烟尘烟雾和铁水飞溅等。对于工件的连续焊接和点焊，机器人智能装备焊接设备都能够完成，工人无需使用手工焊钳，降低高强度的体力劳动。（4）提高生产效率。机器人智能装备焊接设备可连续24h进行生产。使用此设备焊接，可以高速高效焊接，明显的提高了生产效率。（5）产品周期及产量。机器人智能装备焊接设备的节拍固定，在生产计划的安排上更加合理，明确。（6）减小投资，和换型生产的周期。机器人智能装备焊接设备可实现产品小批量的自动化焊接作业。在生产过程中换型操作简单，工人操作机器人控制器调用相应产品型号与之对应的程序，快速的更换产品型号的更换工作。

3焊接工艺介绍

现阶段的焊接工艺在操作人员上分为手工焊、自动焊。自动焊包括机器人焊接，专机焊接，然而在焊接柔性方面机器人智能装备焊接技术常用气体保护焊（电弧融化极氩弧焊、富氩混合气体保、钨极氩气保护焊）、等离子弧焊、融焊、钎焊以及激光焊等。

4机器人智能焊接技术

4.1机器人专用弧焊电源技术。弧焊电源是机器人智能装备焊接设备的重要环节。弧焊电源应具备良好的电气性能，动特性，能够使机器人智能装备焊接的功能发展到最大限度。逆变弧焊电源系统已经发展成熟，该系统设计设备具体积小，质量轻，高效节能，控制灵活，动特性好。具备精细的波形控制技术，焊接工作频率宽广（20～200kHz），适用于机器人智能装备智能焊接。数字化控制是弧焊电源设计中的重要组成部分，具备稳定的焊接参数、电网电压波动小、元器件温升及老化影响小，重复精度高，焊缝成形好，质量稳定，可以采用DS快速响应，控制系统精确的给定控制指令，使电源输出稳定，输出的电流波形和电弧电压种类多，高速稳定调节适应于多种焊接电源要求。4.2焊接机器人系统仿真技术。机械手的仿真技术，在机器人智能装备焊接设备的设计过程中使用机器人控制系统、Auto-CAD和计算机3D建模等图形设计软件，在计算机中以仿真动画形式呈现出来，然后对机械手手臂进行控制、运动正反解分析，在实际运行中环境中遇到的抗干扰和避让问题进行运动仿真模拟。设计模型通过ANSYS等分析软件在力学、光学、电磁学、流体学等环境中分析，达到最实用，最可靠的设计，通过这种方法可以很好地解决遇到的问题。4.3多设备的协调控制技术。按照常规设计进行，机器人智能装备是一台机器人系统或工作站，包括焊接电源，机器人控制柜，焊接机器人本体及焊接夹具等。通常工人操作中只对焊接夹具及变位机、焊接机器人和弧焊电源集成，才能发挥其更好的作用。当焊接设备具有多个焊接机器人时，多套系统进行集成，如何做好多套机器人合作，使用多套设备协调控制技术。4.4焊缝实时跟踪技术。机器人智能装备焊接设备使用焊缝实时跟踪技术，保证良好的焊接质量。焊缝的实时跟踪受设备、环境、温度、材料等诸多因素影响。焊接在不同的环境等诸多因素中进行时，焊接参数就要跟着变化，应力的变化，会使焊缝发生偏离，就会出现质量缺陷等严重情况发生。焊缝质量实时检测，随时对焊接参数及路径进行调整，才能保证焊缝质量。要想实现焊缝实时跟踪技术，必须实现焊缝跟踪控制理论与方法和传感器技术。（1）焊缝跟踪控制理论与方法。使用焊缝跟踪控制技术，常用的控制理论与方法有以下几种。①焊接过程中，在焊接轨迹方向上，焊枪相对工件按照每移动固定的距离，就完成一次调整，或者说，每移动固定的距离，控制器向传感系统发出一次位置指令，焊枪依据系统给定的相对位置进行移动，进行焊接作业。②在焊接过程中，以固定的时间间隔控制器向控制系统发送位置请求的指令，焊枪依据系统给定的相对位置进行移动，从而进行焊接作业。③焊接过程中，在焊接速度方向上，提前确定焊缝线路，传感器对焊缝前段（未开始焊接）进行跟踪，向控制系统发送位置请求指令，焊枪依据系统给定的相对位置进行移动，进行焊接作业。以上几种控制理论直接关系到焊缝自动跟踪技术的关键，所有这些焊缝自动跟踪技术都离不开传感器进行实时传输数据，数据指令传输到控制系统，控制系统分析处理后，随时发送位置指令，依据位置请求指令进行下一步动作。（2）传感器技术。传感器技术不断飞速发展，在原有传感器上突飞猛进，出现一代又一代的智能传感器。在机器人智能装备焊接设备中使用广泛，为智能化设备研究起重要的推动作用。在智能装备焊接设备中长使用电弧传感器及光传感器，然而两种的原理各有不同。电弧传感器的原理是从焊弧中获得相应焊缝偏差信息的，不添加外设装置设备，使用方便，成本较低，实时性良好等优点。然而光传感器中多使用视觉识别，是传统的光传感器与图形识别及处理系统综合集成的现代先进生产技术，有效的提高了智能焊接装备的适应能力及产量和质量的提高。①路径规划及编程仿真技术。利用计算机进行图形建模，依据现场设定焊接作业的工作环境，采用动画仿真模式进行焊接路径规划，通过机器人智能焊接装备设置对相应的规划路径信息进行分析，利用规划路径的算法进行科学的分析，结合仿真技术，得出详细的焊缝规划路径。设置焊接材料，焊丝数据，焊接任务等参数，通过计算算法分析得出焊接程序，机器人智能焊接装备焊接设备依据焊接程序对工件进行焊接作业，完成智能化焊接，保证焊接质量。自动编程仿真技术以焊接任务、焊接轨迹、焊接参数等为基础，针对于机器人智能焊接装备运用与研究有着重要的推动作用。自动编程技术在焊接的各个环节中能够独立完成相应的实施目的，具备高智能化、高效率、高精度等优良特点。②遥控焊接技术。遥控焊接技术是指工作人员在离开现场，在安全的环境中对设备进行焊接或远程监视和控制，达到整个焊接完成的相关焊接工作。在一些特定场所不适合人员进入该现场进行操作，会危害人身安全的环境，如核电厂反应塔等设备维护，石油海上工作站，高温高压环境等都不适合焊接工作人员进入现场进行焊接作业，所以遥控焊接技术是完成相关工作的必然物。

5结语

在先进的工业制造技术发展趋势，焊接是工业制造中重要的组成部分，机器人智能装备焊接设备的研制，已是焊接设备的发展趋势，柔性集成、智能制造已是工业制造技术的趋势，现代机器人智能装备焊接制造，是自动化焊接的重要发展环节及工业制造技术前进的动力。

参考文献:

[1]孟宪伟,肖玉龙,唐宇佟等.焊接智能化的研究现状及应用[J].电焊机,2019,49(9):84-87.

[2]陈善本,吕娜.焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究进展[J].电焊机,2013,43(5):28-36.

[3]王世强,杜会兵,雷鸣等.焊接质量管理智能化的研究与应用[J].焊接技术,2019,48(2):81-85.

作者:甘涛 魏国军 刘强 陈锐 单位:重庆工业自动化仪表研究所