焊接機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

張炳正 李文星

【摘 ?要】在工業(yè)制造企業(yè)實際發(fā)展的過程中，應(yīng)重視焊接機器人的發(fā)展以及進步，遵循科學化的工作原則，合理進行智能化整改以及創(chuàng)新，拓寬工作渠道，采用合理的方式，提升機器人焊接智能化水平，滿足當前的實際發(fā)展需求，建設(shè)高素質(zhì)人才隊伍，培養(yǎng)技術(shù)人員的相關(guān)編程能力以及各方面的操作。本文闡述了焊接機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，并對焊接機器人未來的發(fā)展方向進行了論述。

【關(guān)鍵詞】焊接機器人;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;智能控制

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機器人的應(yīng)用已成為自動化程度的重要標志之一。焊接機器人也快速應(yīng)用于生產(chǎn)中，在改善勞動者的生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率、提升焊接質(zhì)量方面都得到了充分的體現(xiàn)。但是，焊接機器人在離線仿真編程、加工精度、焊接工藝的研究等方面還需進一步提升發(fā)展。焊接機器人在工業(yè)生產(chǎn)上也得到了廣泛地使用，很大程度的改善了生產(chǎn)條件、提高了生產(chǎn)效率，焊接質(zhì)量也得到了提升。

1 焊接機器人加工的優(yōu)勢

1.1 加工質(zhì)量高，穩(wěn)定性好

焊接機器人加工質(zhì)量以數(shù)值的形式反映出來，取決于加工工藝的制定及設(shè)備的精度。而且，機器人焊接還可以在加工前進行跟蹤運行，提前感知焊接過程中可能會出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并加以解決。這一點手工焊接是不能完全實施的，而且對于手工焊接，焊接機器人與加工過程中的人為因素無關(guān)，而這也正是影響手工焊接質(zhì)量的主要原因。

1.2 提高勞動生產(chǎn)率

與手工焊接相比，可以在惡劣的工作環(huán)境下工作，焊接機器人加工是提高生產(chǎn)效率的有效方法。

1.3 改善工作環(huán)境

焊接機器人加工大幅度減輕勞動強度，工作環(huán)境得到改善。

2 焊接機器人技術(shù)研究現(xiàn)狀

焊接機器人按照產(chǎn)地主要有三類，分別是日系、歐系和美系。歐洲焊接機器人生產(chǎn)廠家有德國的KUKA、CLOGS，瑞典的ABB及意大利的COMAU等企業(yè);日本主要的焊接機器人廠家有Fanuc、Motoman以及OTC等。近幾年國內(nèi)的焊接機器人也有了一定的發(fā)展，主要有昆山華恒、唐山開元、沈陽新松、及煙臺得利安等品牌，在工業(yè)生產(chǎn)及院校教學上都得到了廣泛的應(yīng)用。焊接機器人集焊接技術(shù)、計算機控制、數(shù)控加工等知識領(lǐng)域，在制造業(yè)中的應(yīng)用數(shù)量逐年增加，推動了人們對焊接機器人的研究。

2.1 機器人焊接工藝

焊接機器人常用的焊接方法有氣體保護焊、鎢極氬氣保護焊、等離子弧焊以及激光焊。目前，國外弧焊機器人操作工藝采用高速及高效氣體保護焊接工藝，如雙絲氣體保護焊、熱絲TIG焊、熱絲等離子焊等先進的工藝方法，這些工藝方法不但可以有效地保證優(yōu)良的焊接接頭，還可以使焊接速度和熔敷效率提高數(shù)倍至幾十倍。國內(nèi)在這些方面也有一定的研究，如需提高焊接機器人加工質(zhì)量，焊接工藝的研究也是一項重要的課題。

2.2 焊接機器人仿真

機器人焊接仿真技術(shù)在教學過程中優(yōu)勢頗多，在仿真過程中使用機器人理論和CAD/CAM等技術(shù)，以動畫形式呈現(xiàn)出來，再對機器人進行控制，實現(xiàn)焊接機器人加工的真實環(huán)境仿真模擬，自動生成加工程序，加工工件，并對過程進行評判。目前，焊接機器人離線仿真編程在企業(yè)生產(chǎn)中已初具規(guī)模。但是，還亟需進一步的推廣和使用，特別是高技能人才培養(yǎng)的職業(yè)院校，焊接機器人模擬仿真在教學上的推廣應(yīng)用勢在必行。

2.3 焊接機器人定位精度問題有待解決

焊接機器人作為高精度的機械加工設(shè)備，雖然近幾年已經(jīng)有了一定程度的改善，但是還存在重復定位精度高，而絕對定位精度低的問題，如果要提高重復定位精度需要對硬件本身進行研發(fā)改進，而絕對定位精度則可以通過標定等方法對機器人控制器中的參數(shù)進行修正，以提高機器人的位姿精度，隨著離線編程的興起，提高焊接機器人的絕對定位精度顯得尤為重要。

3 未來焊接機器人的發(fā)展方向

3.1 向更智能化方向發(fā)展

未來焊接機器人與其它工業(yè)機器人的發(fā)展方向一致，旨在提高焊接機器人對加工模式及工作環(huán)境的識別能力，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并提出解決方案，加以實施，創(chuàng)建能夠從有限的數(shù)據(jù)中快速學習的系統(tǒng)，這也就是創(chuàng)造人工智能，智能化的程度取決于人們對于它的進一步理解。

3.2 焊接機器人離線編程仿真技術(shù)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，機器人的應(yīng)用已成為自動化程度的重要標志之一，焊接機器人也快速應(yīng)用于生產(chǎn)中，目前使用的示教再現(xiàn)編程耗時長，機器人長期處于空置狀態(tài)，影響加工效率。離線編程及計算機仿真技術(shù)將工藝分析、程序編制、工藝調(diào)整等工作集中于離線操作，不影響焊接機器人的正常生產(chǎn)，這將在提高生產(chǎn)率方面起到積極的作用。

3.3 機器人群組式處理任務(wù)

工業(yè)上，可以根據(jù)生產(chǎn)需要將各種功能的機器人組裝成一個群組加工平臺，平臺匯集了多種加工功能，完成不同任務(wù)的處理，更適用于流水線式生產(chǎn)操作。群組加工平臺代替單一的執(zhí)行任務(wù)后，還可以進一步與人工智能相結(jié)合，更大程度的實現(xiàn)群體機器人的集中控制，使工業(yè)生產(chǎn)更加智能化、集成化。

3.4 能量和能源

隨著各類機器人的快速發(fā)展，加工功能更加完善。但是，能量存儲是移動機器人的主要瓶頸，制約著機器人的研發(fā)制造。隨著未來儲電技術(shù)的推進，焊接機器人的加工功能會更加齊全，生產(chǎn)過程會更加便捷，而且焊接機器人可能會走出車間，增加焊接機器人的實用性。由此可見，蓄電能力的提升與機器人的功能完善就顯得同等重要。焊接機器人的發(fā)展前景拭目以待，它的研發(fā)改進、推廣及使用將使現(xiàn)代工業(yè)加工更加智能化、便捷化和高效化，更好的服務(wù)于“中國制造2025”目標的實現(xiàn)。

4提高焊接機器人焊接質(zhì)量措施

4.1機器人工作中的實時監(jiān)測

由于一些不確定性因素，機器人在焊接過程中的焊縫會產(chǎn)生某些缺陷，影響到工件的整體焊接質(zhì)量。特別是在多層多道焊的打底焊時容易產(chǎn)生氣孔和未熔合缺陷，影響到后續(xù)的焊縫質(zhì)量，嚴重的是由于后續(xù)焊縫遮蓋了打底層焊縫，使得底層焊縫的缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)，只有通過無損探傷的方法進行檢測，因此，在機器人焊接過程中的實時監(jiān)測成為一道不可缺少的工序。

4.2焊接設(shè)備的定期清理

焊接機器人與普通焊接設(shè)備一樣，需定期進行清理，特別是槍嘴的清理對焊接機器人的焊接質(zhì)量起著重要作用，如果槍嘴堵塞，容易產(chǎn)生氣孔缺陷。

4.3焊后工件焊縫的檢查

機器人焊接的焊縫，常見的缺陷有：焊偏、咬邊、氣孔、焊穿等。通過對已完成焊縫的檢查，可以逐步改進焊接各工序，避免出現(xiàn)焊接缺陷。

4.4焊接夾具的合理性

機器人焊接夾具應(yīng)具有必須的強度，還要考慮 不影響機器人焊接和裝夾的靈活性及簡易性。夾具 固定被焊工件使其在焊接后能滿足尺寸公差和形位 公差要求，還應(yīng)滿足自動化焊接要求。夾具設(shè)計不 合理，將影響到焊接的連續(xù)性，會出現(xiàn)焊接接頭過 多，降低生產(chǎn)效率。目前可通過離線編程技術(shù)進行 模擬，提前發(fā)現(xiàn)夾具設(shè)計的缺陷便于改進。

4.5 合適的焊接變位器

焊接變位器通常在設(shè)備選型時確定，它直接決 定了所焊部件的自身質(zhì)量及尺寸、焊縫類型、焊接 位置，是影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵性因素之一。焊接變 位器要保證工件在焊接中焊縫盡可能在船形位置，以便于焊接。

4.6焊接程序的合理性

編制焊接程序的合理與否直接決定了機器人的 焊接質(zhì)量，特別是雙絲焊的焊接程序?qū)附淤|(zhì)量影 響較大，尤其以 IGM 焊接機器人雙絲焊更為突出。因此，編制的焊接程序要盡量減小對焊接質(zhì)量的不 利影響，既要保證焊接質(zhì)量，還要提高生產(chǎn)效率。

5結(jié)論

當代信息工業(yè)3.0廣泛應(yīng)用電子與信息技術(shù)，使制造過程自動化控制程度進一步提高，生產(chǎn)效率、良品率、分工合作、設(shè)備的有效使用都得到了前所未有的提高，企業(yè)大量采用由PC、PLC等真正電子、信息技術(shù)自動化控制的機械設(shè)備進行生產(chǎn)。由此可見，機器正在逐步替代人類作業(yè)。在生產(chǎn)應(yīng)用中經(jīng)過對上述關(guān)鍵因素的控制，機器人的焊接質(zhì)量得到了有效保證，焊縫返修率明顯降低，提高了合格率和生產(chǎn)效率，滿足了生產(chǎn)需求。

參考文獻：

[1]霍厚志，張?zhí)?，杜啟恒，?我國焊接機器人應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展趨勢[J].焊管，2017，40（2）：36-42，45.