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摘要：近几年，船舶制造焊接技术得到不断地发展和应用，不少公司在焊接项目中积累经验，对比使用机器人应用技术与人工焊接技术的区别，二者取优。重点分析模型建立过程中现场信息采集技术、焊接的主要路径以及焊接使用焊枪位资的选择等。本文将主要围绕着船舶制造焊接机器人应用关键技术展开叙述。
关键词：船舶制造；焊接机器人；应用关键技术
引言
近几年，船舶制造行业在全球市场范围内持续走低，出现接单难、船舶产量过剩的现象，这是全国制船厂都需要解决和应对的难题。根据市场需求进行整个产业布局的重新调整，采用先进的智能化技术代替传统的生产制造方式。智能焊接机器人技术是整个先进技术的代表。我国已经有很多大型制船企业尝试将焊接智能机器人技术应用到船舶制造过程中，取得了国家政策的支持和企业的欢迎。
一、船舶制造焊接机器人简介
根据生产对象存在差异，工作人员可以将焊接机器人分为不同小组，分别是小组立焊接机器人、中组立焊接机器人、便携式焊接机器人以及管材与型材焊接机器人等，本文主要对第一个小组立焊接机器人进行详细的介绍。
小组立焊接机器人使用的结构部件比较单一、重复，因此制造时适合采用流水线的生产模式，在最大程度降低制造成本的同时，提高船舶制造质量。国外已经有不少造船企业采用流水线生产制造模式。在我国也有典型的案例，比如：上海外高桥造船有限公司在小组立部件的总体制造过程中就尝试使用机器人焊接技术代替传统工艺下的制造焊接技术，目前该企业已引入两套机器人焊接技术系统，并且在2018年正式投入船舶的制造与生产过程。
（一）通用部件焊接机器人
上海外高桥造船有限公司在制造通用部件焊接机器人的时候，通常会先将用焊接小组部件的制作过程；这一焊接机器人系统的具体组成是在轨道式门架下倒装两台安装了船舶焊接技术的机器人，并且配备有工业照相机，能准确采集到制造船舶需要的信息和位置等；在系统中为机器人第六轴安装激光传感器，可以实现在焊接过程中的精准定位和实时追踪。
（二）小组立智能生产线
上海外高桥造船有限公司的小组立智能生产线采用的焊机机器人系统同样在移动式门架下安装两台具有焊接技术的机器人，配备两台工业照相机，做到精准定位和信息采集。这一焊接系统与其他焊接系统相比，最大的特点就是采用自适应逻辑编程技术，能够自主根据激光传感变化获取相关的数据模型，并根据实际情况智能规划焊接路径。这一系统可用作焊接船舶结构和部件相对比较复杂小组。除此之外，这一机器人焊机制造系统构成的生产线还具有自动传输和背烧的功能。
二、模型信息采集技术
目前国内外主要应用到小组立焊接机器人系统中的技术按照模型数据和控制系统可以分为“现场采集+自动识别”和“3D模型导入+离线编程”两大类。这些技术在上海外高桥造船有限公司制造和焊接过程中的主要应用是：造船通用部件焊接机器人采用相机采集、自动识别、线激光寻位的传感方式；小组立焊接机器人采用激光采集、自动识别和点激光寻位的传感方式；中远NACKS采用3D模型导入、离线编程以及触碰寻位的传感方式。在采用“3D模型导入+离线编程”模式前需要根据船舶质量和其他性能的具体需求进行离线规划焊接路径，以便机器人系统可以根据3D模型自动规划出的路径进行相关船舶制造。“现场采集+自动识别”模型则更加智能，工作人员只需根据现场主动视觉或者被动视觉方式自助识别待焊接的位置即可，无需提前准备相关的数据和模型。这两种综合技术相比较而言，后者更能大量节省前期准备工作需要的时间，而且对从业人员的专业技术水平的要求比较低；前者若是在使用过程中不考虑3D打印技术制造模型耗费的时间，则在现场准备工作需要的时间更少，工作效率也更高。
“现场采集+自动识别”模型存在的最大缺陷在于现场进行信息采集的时候数据不足，难以构成有效模型，只能根据搜集到的数据构建成工件的俯视图，而并非所需要的3D视图。在现场进行数据采集的过程中会因为采集位置不同存在误差。比如采用激光技术进行数据采集，就会因为采集位置不同造成误差范围在10mm之内。但是若筋版末端是倾斜状态的，那么存在的误差范围就会更大，达到70mm。在测量时，需要首先确定弧位置，以便获得更加精准的位置信息，后续精准传感，常常采用以下两种传感方式：激光寻位和触碰寻位。前者的优点是速度更快，测量的精准度更高；后者的测量速度则相对比较慢。但是后者在使用的过程中无需额外夹持激光传感器，可以胜任在狭小空间内的寻位和焊接任务。
上海外高桥造船有限公司的；两台焊接机器人均采用激光寻位的传感方式，与其他单位的不同之处在于小组立机器人采用的是点激光传感方式，在焊接位置确定之前会将弧位置关闭，导致焊枪在焊接过程中依据传感器，确保焊接位置正确。制造通用部件的焊接机器人会采用线激光传感器，除了需要在正式工作之前进行弧位置的确定之外，还要负责在焊接过程正确、准确追踪和矫正焊枪的真正所处位置，因此，就不再需要焊枪通过来回摆动采集相关信息了。
三、焊接路径和焊枪位资的选择
焊接路径通常是指焊接机器人在焊接多块筋板时选择的顺序，其中还包括对每条焊道起熄弧位置的选择，总之正确的选择能够最大程度上提高焊接机器人系统效率的提高。焊枪位资是指在使用焊枪的过程中机器人所处的位置相对于焊点的空间位置和机器人的姿态。焊枪的空间位置直接决定被焊接的装备的融化量和焊丝。先行小组立的结构比较简单，不存在立角焊，且相互两块筋板之间不存在位置限制，因此，焊接机器人在制造的过程中有足够的空间进行寻位、焊接和撤出。所以在安排机器人位置的时候，只需要保持焊接机器人在更换作业位置时具有足够的移动空间距离即可。一旦调试好并选择了合适的位资，就可将其作为不变量保留在程序中。小组立部件的结构与先行小组立相比比较复杂，筋板之间相互依靠，这就对焊枪的使用产生限制。
四、焊接工艺
（一）焊材的选择
小组立焊机机器人在寻位时，通常会在有缝药芯焊丝的位置出现药粉堵塞和泄露导致软管堵塞的情况，因此，通常在作业时选择无缝药芯焊丝；在通用部件焊接处由于焊接时动作幅度并不大，因此会采用普通药芯焊丝。目前上海外高桥造船有限公司使用的两台焊接机器人都采用盘装焊丝，可以通过降低焊丝的更换频率来提高船舶的制造技术和质量。制的工作人员注意的是，换用焊丝意味着需要通过重新配备装备进行位置矫正来保证焊丝能够拉直。因此需要根据实际情况进行相关焊材的选择和使用。
（二）焊机参数的选择
部件机器人焊接方式通常是不摆动的，这与船厂在制造角焊机采用的技术类似，因此，可以根据船厂的造船技术进行参数的修正和完善。小组立焊机机器人系统在焊接过程中，采用的方式为正弦摆动，需要配合焊接电流、电压和速度以及焊接的参数，这样才可在降低资源消耗的同时，提高制造船舶的质量。
总结：在造船过程中，焊接机器人系统取代人工焊接技术是一种不可替代的趋势，尤其是对部件结构相对简单的焊接。上海外高桥造船有限公司的两台焊接机器人的使用就为后续船厂行业持续发展起到很好的典范作用。在使用该项技术时需要根据焊材的具体选择采用适合机器人进行焊接、选择合适的药芯焊丝和焊接参数，这样才能最大限度上提高船舶质量。
参考文献：
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