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焊接机器人在焊接技术应用中的关键技术探究罗健

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：罗健罗府勤

[导读] 摘要：随着经济和科学技术的发展，在各行各业的领域中带来一波技术革新，焊接技术作为工业制造的核心技术，焊接机器人在该领域的应用范围得以不断扩大。

        南宁科泰机械设备有限公司广西南宁 530000
        摘要：随着经济和科学技术的发展，在各行各业的领域中带来一波技术革新，焊接技术作为工业制造的核心技术，焊接机器人在该领域的应用范围得以不断扩大。本文分析焊接机器人的应用现状，探讨焊接机器人在焊接过程中的关键技术，对实现高效、高质量、智能化的工业焊接具有一定的应用价值。
        关键词：焊接机器人；焊接技术；应用；关键技术
        随着“中国制造计划2025”的不断推进，机器人作为智能制造设备被广泛应用于各种工业制造产业中。我国的机器人产量占据全球三分之一的资源，作为全球最大的机器人市场，焊接机器人占据整个工业机器人的半数左右，而焊接作为工业生产、智能制造技术的关键环节，在焊接过程中会存在大量烟尘、弧光和金属飞溅等环境问题，为了更好地解决机器人智能制造过程中的痛点，需要将传统的焊接技术和智能机器人融合在一起，实现机器人焊接智能化将是“中国制造2025”的必然发展目标和“第四次工业革命”的必然发展趋势。
        1.我国焊接机器人应用现状
        在工业生产中，焊接机器人具有高效益、高可靠性、高灵活性的特点，广受工业生产企业的欢迎。第一台焊接机器人诞生于50多年前，发展到21世纪已经有较大的进步，生产焊接机器人的成本不断降低，由于人工焊接的成本逐步升高，许多企业为了减少投入的成本，使得焊接机器人市场和焊接机器人技术迎来发展盛期，被广泛应用于气焊、等离子焊、激光焊等焊接领域，作业范围由室内逐渐延伸至野外、水下、核环境和太空环境等，降低人工焊接的危险程度。汽车制造业的发展离不开焊接机器人的支持，焊接机器人早期和最大的投资行业为汽车领域，我国红旗牌汽车和解放牌汽车最早使用焊接机器人焊接车体，直到高铁、地铁出现，借助焊接机器人实现铁路机车行业的自动化、智能化，满足不断扩大的交通需求，不断革新焊接机器人技术，由粗制滥造的作坊式生产转变为规模化的智能制造模式，焊接机器人产业也逐渐走出国门、走向世界[1]。
        2. 焊接机器人的关键技术
        2.1焊接机器人传感技术
        未来的焊接技术的发展趋势将实现焊接智能化、自动化，而传感技术是实现焊接自动化和智能化的关键技术，一般通过传感技术在焊接过程中获取、转换、处理信息。在焊接技术过程中，获取相关信息的限制这项技术发展的短板，依靠稳定可靠的传感器检测焊接过程的实际状态，为过程的质量控制提供有关的特征信息。焊接传感器长期工作的环境较为恶劣，一般容易受到振动、飞溅、烟尘、高温等因素的干扰，无法去除大部分的干扰因素，需要提高焊接传感器的质量。现阶段弧焊机器人一般采用的传感器为触感接触式传感器、温度传感器、光学传感器等，焊接过程的特征信息准确与否将会受到焊接传感器的质量影响，因此，还需加强焊接过程的实时监控力度。接触式传感器、电弧传感器由于其优势较大，常常作为弧焊机器人焊接的常用接触器[2]。
        2.2焊缝自动识别与跟踪技术
        焊缝自动识别和跟踪技术作为焊接机器人实现优质高效焊接的关键技术之一，一般通过跟踪技术实时调整机器人轨迹，确保机器人适应热变形等引起的轨迹偏差，保证焊接的质量；采用视觉传感对焊接机器人进行自动识别，从而实现焊接机器人的智能化自主焊接，被广泛应用于各焊接工业生产过程中。由于加工和装配上的误差，焊缝的形状和位置很容易受到焊接过程中的不均匀温度场影响，从而导致其发生焊接变形，因此，需要采用焊缝跟踪技术对焊缝状态进行实时检测，及时调整焊接路径，保证焊接的质量。现阶段的焊缝自动识别和跟踪技术一般基于传感技术进行研究，在传感器方面，CCD传感器具有可靠稳定、图像清晰直观、高效获取信息等特点，被广泛应用于焊接机器人中。机器人焊接领域的发展将会由传统单一型转变为多传感器智能信息融合的方向发展，不断革新机器人焊接传感器，提高传感器精度的同时，加强对焊接过程产生的飞溅、烟尘的影响因素的抗干扰性，确保其具有较好的自学习性、自组织性等控制特点，如：加拿大的赛融、英国的meta、国内的英莱等[3]。

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        2.3多台焊接机器人及协调控制技术
        多台焊接机器人与协调控制技术是一种研究群体行为控制的综合性研究体系。随着焊接机器人应用领域的朝着复杂化的方向不断拓宽，对于焊接机器人的要求也随之不断提高。单台焊接机器人鲁棒性、感知力和效率达到一定的水平就很难突破，或者突破某一个阈值花费的成本较为昂贵，导致需要通过多台焊接机器人协作完成焊接任务。多台焊接机器人及协调控制技术与单台焊接机器人相比，无论在时间、空间、信息和资源整合方面，都具有后者无法企及的优势，设计制造的成本较低、焊接过程也较为简单，能够提高整个系统对恶劣环境的适应度，极大程度提高了多机器人焊接系统的效率。
        2.4遥控焊接技术
        随着科学技术和经济的发展，焊接作业的环境逐渐转向更为极限的环境，如核环境、太空、深水、极寒等，在焊接质量有所保障的情况下，最大限度地提高人类活动范围的舒适度，尽可能降低人类活动的危险程度。遥控焊接技术一般指实现人机交互控制远程操控焊接过程，现阶段的遥控焊接技术已经成熟，但仍旧较为简单，只能实现实验室和生产车间的控制台和生产线分离，对于海洋中材料焊接、太空空间站的焊接需要进一步全面系统的研究。未来的遥控焊接技术将是实现全自动化的遥控焊接机器人，在处理未来核反应堆泄露事件时，借助遥控焊接机器人修复泄露位置。
        2.5专用弧焊电源技术
        焊接技术一般分为弧焊和点焊两种技术，依靠机构和电源的推行实现焊接处理，因此，电气综合性能优秀的弧焊电源对于焊接机器人的制造具有非常重要的作用。借助计算机电子技术和控制技术开发出机器人的专用弧焊电源，依靠反馈控制系统对电、弧焊电流进行精密的控制，确保在焊接过程中机器人具有较高质量的焊接效果[4]。
        2.6离线编程技术
        机器人焊接可以分为准备、施焊和焊后检测三个阶段，一般来说，准备阶段除了完成工件的装配以外，还需要进行机器人的示教编程，又可分为人工和自动、在线和离线两种类型，人工在线编程方法较为简单、成本较低，但消耗的时间较多，并且对焊接工人的技术要求较高；自动离线编程是目前机器人焊接编程中较为先进的技术，具有柔性高、可产生复杂轨迹、编程速度快等特点，一般采用焊缝跟踪技术弥补示教编程中出现的偏差，确保焊枪和焊缝对中。自动离线编程技术一般采用图形和相关算法创建机器人和工作环境之间的模型，在进行焊接的过程中，根据相关参数规划轨迹完成焊接任务[5]。
        结束语：
        随着网络技术和机械制造技术的不断进步，我国的工业制造产业迎来一大波技术革新，尤其焊接技术作为工业生产制造的核心，引进人工智能技术的焊接技术提高工业生产的效益。在焊接生产的过程中，焊接机器人的技术趋于成熟，理论体系得以完善，但仍存在一些技术性问题，需要有关人员深入研究焊接机器人的焊接关键技术并进行技术革新，推动焊接领域进一步实现自动化、智能化柔性化，确保我国在“第四次工业革命”处于领先地位。
        参考文献：
        [1]赵文光,李士凯,张斌斌.焊接机器人智能化技术研究现状与展望[J].材料开发与应用,2016,31(03):108-114.
        [2]霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨.我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J].焊管,2017,40(02):36-42+45.
        [3]肖润泉,许燕玲,陈善本,杨乘东.焊接机器人关键技术及应用发展现状[J].金属加工(热加工),2020(10):24-31.
        [4]陈德喜.焊接机器人技术研究与应用现状[J].科技风,2020(35):11-12.
        [5]靳全胜,李杰.焊接机器人技术研究与应用现状[J].轻工科技,2018,34(02):35-36+58.