工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)研究

陳城洋

摘 要：本文闡述了工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征與焊接技術(shù)，分析弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成與焊縫起始點(diǎn)尋位及電弧傳感焊縫跟蹤技術(shù)，焊接機(jī)器人利用弧焊電源的技術(shù)要點(diǎn)。對我國焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行歸納，其中包括智能化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等有關(guān)方向。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；焊接機(jī)器人；技術(shù)研究

一、引言

對于任何一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來說，如果要強(qiáng)化企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，確保在焊接階段平穩(wěn)性及焊接質(zhì)量以及降低企業(yè)一線工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境已經(jīng)變成制造業(yè)企業(yè)的發(fā)展需求。通過大量實(shí)踐證明，結(jié)合工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用弧焊機(jī)器人實(shí)施焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)制造是解決上述問題的有效實(shí)現(xiàn)途徑。

（一）工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)。（1）結(jié)構(gòu)特征。工程機(jī)械結(jié)構(gòu)組成主要有：薄板件（板厚為2～4mm） 、 中板件（板厚為7～21mm）、厚板件（板厚在20mm以上） 。一般情況下結(jié)構(gòu)件通過板材拼焊組成，箱形結(jié)構(gòu)是主要結(jié)構(gòu)件，上部位焊接一些附件，主要有機(jī)座鑄鋼件，結(jié)構(gòu)相對而言比較復(fù)雜，焊縫密集。

工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件有大量的斜角焊縫，常規(guī)下只檢測焊縫的外觀水平，但對于一些比較關(guān)鍵的受力結(jié)構(gòu)件則也必須行磁粉探傷或是超聲波探傷，各自檢測其表面裂紋及焊縫內(nèi)部缺陷。

（二）焊接技術(shù)。我國工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，應(yīng)用的主要板材有Q235、Q345、Q390，板厚一般選擇大于6mm中板件?，F(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的焊接技術(shù)為埋弧自動(dòng)焊和CO2/MAG氣體保護(hù)焊。前者，在技術(shù)領(lǐng)域擁有熔深大、速度快、無弧光煙塵的優(yōu)勢。氣體保護(hù)焊技術(shù)與埋弧自動(dòng)焊一樣，也具備電流密度大、熔深大的優(yōu)勢，而在焊接速度方面要遜色前者，速度為手工電弧焊的二倍左右，后者能夠達(dá)到六倍。但是即便如此，氣體保護(hù)焊技術(shù)所需輔助時(shí)間更少，尤其是利用Ar混合氣體，所產(chǎn)生的熔渣很少，也縮減了清理時(shí)間，整體來看工作效率仍可讓人滿意[1]。

二、弧焊機(jī)器人系統(tǒng)

（一）始端尋位。尋位裝置中的線包，能夠形成數(shù)十V電壓，而尋位的推動(dòng)力就是利用焊絲接觸工件造成一瞬的短路。換言之，弧焊機(jī)器人系統(tǒng)察覺現(xiàn)實(shí)工件焊縫這個(gè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，利用這類辦法，弧焊機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)而檢測出許多點(diǎn)后，再按照這些點(diǎn)測算出偏差值，通過該偏差值修改成最開始的示教焊縫的位置數(shù)據(jù)，最終獲得實(shí)踐中的焊縫起始點(diǎn)位置，如圖1所示。值得注意的是，焊縫起始點(diǎn)應(yīng)當(dāng)實(shí)施進(jìn)行2次以上的尋位，且以此產(chǎn)生數(shù)據(jù)矩陣。焊接時(shí)機(jī)器人自動(dòng)計(jì)算這個(gè)起始點(diǎn)矩陣相對TCP，從而讓焊槍達(dá)到現(xiàn)實(shí)焊縫起始點(diǎn)。

（二）清槍裝置。清槍的主要功能有：（1）附帶傳感性能，在程序?qū)嵤╇A段，剪去多余的焊絲，從而讓電嘴焊絲伸至相對的長度，確保傳感狀態(tài)的精準(zhǔn)性。（2）焊接程序在執(zhí)行前期，可對焊槍實(shí)施清理，具體流程，利用氣動(dòng)旋刀之前殘留在噴嘴中的飛濺進(jìn)行清除，之后再噴入防飛濺的硅油。

（三）傳感技術(shù)。近些年來，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)已經(jīng)不再只是單純的以信號變換元件存在，如今很多傳感器的內(nèi)部都擁有能夠?qū)π盘枌?shí)施特定處理的功能。尤其在制造業(yè)中，弧焊機(jī)器人智能傳感技術(shù)更是顯示出了十分突出的作用。由于電弧傳感技術(shù)是通過焊接電弧直接獲取焊縫部位的偏差信號，因此實(shí)效性更為出現(xiàn)，并且不用在焊槍上附帶輔助裝置，焊槍行為的靈活性好，特別是符合一些中小企業(yè)對于焊接低成本自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)要求。

電弧傳感的主要原理是通過焊炬和工件距離之間的改變從而產(chǎn)生的焊接參數(shù)，最終監(jiān)測焊炬的高度及其它偏差。電弧傳感技術(shù)主要包括在三種傳感器上：并列雙絲電弧傳感器、擺動(dòng)電弧傳感器、旋轉(zhuǎn)式掃描電弧傳感器[2]。而旋轉(zhuǎn)電弧傳感器相較于前兩種在對偏差進(jìn)行監(jiān)測的過程中具有更好的靈敏性，能夠強(qiáng)化控制性能，如今已經(jīng)普遍得到了國內(nèi)外焊接專業(yè)與技術(shù)人員的認(rèn)可。

（四）跟蹤技術(shù)。在傳統(tǒng)的模糊控制技術(shù)基礎(chǔ)上，如今研制出了部分高性能模糊控制器。隨著模糊數(shù)學(xué)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生，并且把這項(xiàng)研究應(yīng)用到焊接這個(gè)非線性系統(tǒng)中，使焊縫跟蹤技術(shù)邁向了進(jìn)嶄新的時(shí)代，即智能焊縫跟蹤時(shí)代。因?yàn)楹附訉儆诔錆M了時(shí)變、多因素以及非線形的復(fù)雜系統(tǒng)，無論是弧光、電壓浮動(dòng)、技術(shù)以及工件的變形狀態(tài)都會(huì)對其產(chǎn)生一定干擾，致使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法達(dá)到焊縫精確跟蹤。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能顧讓機(jī)器人完成一系列諸如學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想的功能，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所通過的為并行處理方式，分布式的信息存儲，具備信息存儲量大、容錯(cuò)性強(qiáng)等優(yōu)勢，從自動(dòng)化的角度來說很適合焊縫跟蹤中的視覺模式識別和跟蹤智能控制。

結(jié)語：綜上所述，節(jié)能與可靠一直以來都是人們對未來工程機(jī)械發(fā)展的趨勢展望，當(dāng)前許多工程機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)升級換新，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的焊接技術(shù)也有了顯著的加強(qiáng)。通過對機(jī)器人自動(dòng)焊技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的焊接進(jìn)行分析后得知，該技術(shù)能夠保證企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，為我國整體工業(yè)制造水平的提升做出了良好的技術(shù)鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛鵬軍，黃石生，薛家祥.弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電焊機(jī)，2012，18（07）：159-160.

[2]毛鵬軍，黃石生，李陽.焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的回顧與展望[J].焊接， 2013，11（06）：185.