王学云?杨福才
中车常州车辆有限公司213011
摘 要：焊接技术是工业生产重要加工环节，是保障钢结构以及精密仪器组装质量的重要手段，焊接质量对钢结构稳定性起着决定性作用，对精密仪器精准度也至关重要。为了提高焊接技术操作质量，机器人智能焊接技术被广泛应用，该技术可提高精密行业生产效益，是自动化控制和质量管控的关键，可加快智能化生产进程，为智能化工厂提供技术支撑。
关键词：智能焊接；机器人焊接；技术与应用
引言
我国社会经济快速发展，随着行业转型，制造业已经不再以廉价劳动力为价值支撑，劳动成本有所提升。焊接在钢结构组装中发挥重要作用，是当前工业生产的重要加工手段，焊接质量对钢结构及其附属产品质量发挥重要作用，焊接随着作业过程中出现的烟尘、弧光、飞溅的金属沫等污染物影响环境较差。因此，应采取智能焊接技术，优化技术水平，提高操作的精准性。
1行业需求
为了提高工业生产效率，流水线焊接作业采用机器人技术，这种重复的动作运用机器人技术可提高操作精度和产品质量，避免人工操作的各种不规范性，实现标准化作业。焊接机器人技术随着人们需求的提高，迎合当前发展形势，已经发展出电弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊等多种机器人，传统焊接机器人是单一控制形式，随着技术的升级可实现多机器人多轴同步控制。工业4.0时代，各领域发展步伐加快，工业生产线对机器人技术能力要求不断提高，对周围环境能够智能感应，对不同操作环境具备较强适应能力，将视觉图像智能传输到内部控制系统，提高了焊接机器人智能化技术水平。当前德国CLOOS，日本的松下，意大利的COMAU等是当前世界焊接机器人较为先进的技术代表。我国智能技术发展起步较晚，内部元件仍靠进口，一些传感器、谐波减速器等国内生产水平还较为落后。国内精密行业生产环节复杂、技术含量高，焊接工艺都依靠人工操作，焊接工艺柔性要求较高，人工操作品质不能得到有效保证，且成本相对较高，难以达到相应要求。随着各领域对焊接技术要求不断提高，但受到生产工艺制约，行业技术提升难以突破，因此，应大力开发智能化焊接机器人技术，提高焊接装备柔性，促进生产工艺的提升。
2机器人智能焊接技术
首先，焊接质量应确保稳定和统一。智能焊接机器人可以在系统中设置焊接速度、电压、变位系数等，可保障焊缝的质量。人工焊接会受到各项技能差异得不到保证，所有作业工艺质量达不到统一标准。其次，采用智能机器人焊接技术，可改善作业环境，只要对焊接工件输入相应参数，开机操作即可。有些工件要求点焊和连续焊接，在智能机器人焊接技术下都能完成操作，不需要工人手工操作，减少劳动强度。最后，智能机器人焊接技术可以实现全天候生产，促进生产效率的提升，同时可以固定焊接速度，更能精准计划生产量。如果生产过程中，需要换型操作，可选择对应的程序，提高换型效率。
3焊接工艺介绍
焊接工艺分为手工焊和自动焊，其中自动焊有专机焊接和机器人焊接，机器人智能焊接技术采用气体保护焊、激光焊、等离子弧焊等。
4机器人智能焊接技术
4.1机器人专用弧焊电源技术
智能机器人焊接装备最重要的技术环节是弧焊电源。对电气性能要求较高，这样才能最大化发挥智能机器人焊接功能。随着技术不断优化，逆变弧焊电源系统得到广泛应用，该系统优点是高效节能、动特性好，重量轻，发展较为成熟。其中波形控制技术特点是提高精细化作业水平，频率在（20～200kHz）之间，范围宽广，在智能焊接机器人领域适用性较强。
弧焊电源设计中最重要的部分是数组化控制，对元器件老化影响较小、焊接参数稳定确保质量稳定，电网电压波动较小，焊缝成形好，电源输出稳定，重复精度高，其高速稳定调节可适合在多种焊接电源系统应用。
4.2焊接机器人系统仿真技术
智能焊接机器人设计可使用先进的机器人控制系统，运用仿真技术实现机械手，在3D建模等软件以方针动画形式展现，智能控制机械手臂，当运行中遇到各类干扰可实现运动仿真模拟实现智能避让。设计模型在ANSYS软件作用下，对流体学、力学、电磁学等做环境分析，提高设计的可靠性和实用性，解决应用问题。
4.3多设备协调控制技术
机器人智能装备是机器人系统或者工作站，构件主要由焊接机器人主体、控制柜、焊接电源以及各类操作夹具等。在日常作业过程中应对操作夹具、变位机、电源、机器人本体协调控制，才能发挥功能。如果焊接设备连接多个机器人，可以集成多个系统，使每个机器人协调控制，促进焊接技术的各项功能有效发挥。
4.4焊缝实时跟踪技术
智能焊接机器人在使用过程中，可以提高焊缝处理质量，实时监控焊接操作，提高焊接质量。由于智能机器人跟踪焊缝过程会受到设备运行、空气环境的温度和湿度以及材料等诸多原因影响跟踪效果。焊接随着操作环境的变化，相应的焊接参数也应有所变化，应力出现变化，焊缝也会受到影响，发生偏离，产生严重的质量缺陷。因此，在运行过程中应及时关注焊缝质量，实时调整焊接参数及路径，提高焊缝操作质量。
首先，为了提高该环节技术水平，应提高传感器技术和焊缝的控制理论水平。具体理论方法如下：焊接过程中应沿着轨迹方向，每移动固定距离，焊枪会接收控制器发出的指令，传输到传感系统，焊枪会根据系统发出的指定位置移动作业。控制器会在一定间隔期内向系统中心发出指令，控制系统发出的指令后，焊枪能够按照指令发出的位置精准移动，同时进行移动作业。同时，应提前确定焊缝线路，传感器在未开始焊接前对焊缝进行跟踪，并向系统发出指令，焊枪根据指令移动作业。控制理论对焊缝跟踪技术至关重要，这些焊缝跟踪技术是在传感器的作用下，实现数据传输，数据被控制系统接收后会自动分析，突出智能化性能，同时向指定位置发出指令，并根据控制系统发出的指令执行焊接操作。
其次，传感器技术是在原有技术基础上不断更新，研发新型智能传感器，为了突出焊接机器人智能化性能，目前被广泛运用到智能焊接机器人领域，推动了智能化设备技术更新。智能装备焊接设备最为常见的是采用视觉识别的光感传感器，是在传统传感器基础上增加图形识别功能，这种新型的生产技术促进了智能焊接装备的质量和对环境的适应能力。另一种是电弧传感器，与光传感器原理不同，焊弧中可获取焊缝偏差信息，没有其他装置，优点是成本低廉、使用便捷。
智能焊接机器人运用路径规划及编程仿真技术，具体实施过程中应根据焊接作业环境，采用计算机图形建模，并实现动画仿真模型来规划焊接路径，同时可对实现规划路径智能分析，根据仿真技术，可以实现更加精准的焊缝规划路径。对焊接有关焊丝数据、焊接材料等参数进行设置，计算出焊接程序。智能焊接机器人会根据程序给出的指令进行焊接操作，实现智能化焊接，规避人工操作出现的技术失误，提高焊接精准性。自动编程仿真技术是可以实现独立完成焊接作业，具备自动化、智能化、高效化的特点。遥控焊接技术是指不需要操作人员在操作现场，就可对设备实行远程操作，实现焊接各环节作业流程。有些工作环境受到客观因素限制，不适合操作人员亲临现场作业，例如核电厂、海上工作站、高压高温操作环境等可引入遥控焊接技术，可以完成人工不可能完成的艰巨焊接任务。
5结束语
智能焊接机器人技术是工业制造领域数据化、智能化发展的必然趋势，是当前制造领域不可或缺的前沿技术。当前焊接设备柔性集成、智能制造标志着自动化焊接技术得到优化和进步，促进工业制造等领域生产效益。
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