機器人智能焊接在工程機械平地機后車架中的應(yīng)用

宋同凱

（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110169）

關(guān)鍵字：智能焊接；機器人；平地機后車架；電弧跟蹤；接觸反饋

1 人工焊接現(xiàn)狀

當前通過對平地機生產(chǎn)加工現(xiàn)場工作的總結(jié)，主要歸納出以下三個主要問題：

1） 工作環(huán)境差：長期在弧光、焊煙等有害環(huán)境下工作，會對人的皮膚、眼睛和肺器官等造成嚴重傷害，容易患電光眼、皮膚灼傷以及矽肺病等疾病；2） 勞動強度高，生產(chǎn)效率低：現(xiàn)場人工焊接完一個平地機后車架需要連續(xù)焊接6~7個小時，勞動強度高；3） 焊接質(zhì)量不穩(wěn)定：人工焊接時，由于焊接速度、焊絲干伸長等都是變化的，所以焊接質(zhì)量很難保證均一性。

企業(yè)亟待通過引進焊接機器人來完成平地機后車架的焊接工作，旨在改善工人的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2 生產(chǎn)中所需的機器人智能焊接技術(shù)

工人將組對好的工件放到變位機上用機器人進行總成焊接。由于工件各部件的來料尺寸精度誤差、組對誤差、各焊縫坡口間隙不一致以及最大焊腳要求10mm 等原因，導(dǎo)致傳統(tǒng)的示教再現(xiàn)型機器人無法滿足焊接需求。因此，機器人需要具備智能焊接技術(shù)作為支撐進行生產(chǎn)。

機器人智能焊接系統(tǒng)主要包括：位置點傳感功能、電弧跟蹤功能、多層多道功能、焊接參數(shù)實時調(diào)整功能以及連續(xù)運轉(zhuǎn)功能。

2.1 機器人位置點傳感功能

由于平地機后車架組對精度為±2mm，再加上在焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形，進而導(dǎo)致焊縫的位置會發(fā)生變化，使得一般的示教再現(xiàn)型焊接機器人無法滿足焊接生產(chǎn)質(zhì)量及多樣性的要求。

為此，機器人通過位置點檢測和三方向傳感功能，可以使焊接過程不受由于工件的加工、組對拼焊和焊接裝夾定位帶來的誤差的影響，自動尋找焊縫位置，保證能夠順利地焊接。具有精度高、可達性好、安全可靠等優(yōu)點。

2.2 電弧跟蹤功能

由于車架部件的來料誤差、組隊誤差以及在焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力變形等原因，使得整條焊接軌跡發(fā)生位置偏差，從而使得一般的示教再現(xiàn)型焊接機器人無法滿足焊接需求。使用機器人的電弧跟蹤功能，可以實現(xiàn)位置出現(xiàn)偏差的焊縫的正常焊接工作。通過焊縫跟蹤功能，機器人可以分辨出焊接左右方向的偏移和焊接上下方向的偏移，系統(tǒng)運算自動實現(xiàn)糾正。保證焊縫在各個位置方向上的偏差，都可以進行準確的焊接。保證焊接成型，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品合格率。

2.3 多層多道焊接功能

由于平地機后車架的焊縫焊后焊腳要求為6mm、8mm和10mm，對于6mm 和8mm 的焊腳可以焊接一道即可達到要求，但是對于要求達到10mm 的焊腳，而且還不能變?yōu)槌纱臀恢玫暮缚p，需要進行多道焊接。焊縫長1000mm 左右，需要焊三道，人工難以一次完成，焊接強度大，質(zhì)量很難保證一致。

通過多層多道焊功能，可以實現(xiàn)大型厚板高效率，高質(zhì)量的焊接工作。在使用多層多道焊功能焊接厚板時，只需要示教根層的焊縫，之后通過設(shè)定偏移值來實現(xiàn)覆蓋層的焊接，大幅度提高工作效率。

2.4 焊接參數(shù)實時調(diào)整功能

在調(diào)試焊接工藝參數(shù)時，操作者可以根據(jù)焊接過程中的焊縫成形情況，實時調(diào)整焊接參數(shù)，直到達到要求為止，大幅提高焊接調(diào)試效率。并且，在實際生產(chǎn)中，操作者也可以根據(jù)實際情況進行參數(shù)的微調(diào)，從而保證焊縫焊接質(zhì)量，經(jīng)過調(diào)整后的工藝參數(shù)可以選擇是否保存。

2.5 支持連續(xù)運轉(zhuǎn)的功能

1） 焊絲干伸長補償功能，由于焊接收弧或清槍剪絲等原因，使焊絲干伸長發(fā)生了變化，導(dǎo)致位置點傳感時出現(xiàn)焊槍碰撞或檢測不到的情況，或者由干伸長變化引起的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。為此，針對這一問題研發(fā)出焊絲干伸長補償功能，旨在保證焊絲干伸長不變，從而保證位置點傳感順利進行以及焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，保證焊接連續(xù)運行。

2） 電弧重啟功能，通過電弧重啟功能，可以實現(xiàn)在焊接起始點起弧困難時，機器人進行小范圍移動，在不同地點起弧成功后，機器人回到焊接起始點繼續(xù)焊接。增加起弧成功率，保證系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)。

3） 粘絲自動解除功能，通過粘絲自動解除功能，機器人可以在焊接結(jié)束后，判斷焊絲是否粘在焊縫處。如果粘絲會自動解除，保證設(shè)備的安全以及車架焊接的連續(xù)性。

4） 配有焊槍清槍站，能夠?qū)崿F(xiàn)自動清槍、剪絲和噴油，保持系統(tǒng)連續(xù)運行。

將清槍器放置在機器人底座上，使得清槍器與機器人的位置關(guān)系不變，編輯六軸系統(tǒng)作業(yè)即可快速進行清槍，無需將桁架運行到一固定位置進行清槍，提高工作效率。

3 平地機后車架機器人焊接工作站

該站配有機器人本體及控制系統(tǒng)（包括智能焊接軟件系統(tǒng)、外部軸控制系統(tǒng)以及PLC 控制系統(tǒng)等），采用三軸桁架及變位機結(jié)構(gòu)，確保了機器人焊接工件時焊槍的可達性，保證焊槍始終在最佳姿態(tài)焊接，焊縫可達率在90%以上。機器人焊接時間為160 分鐘，焊后需人工補焊20 分鐘，總用時180 分鐘，只需一個工人將車架安裝在變位機上，再按下啟動按鈕即可，大大提高生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的實際情況，可以總結(jié)以下兩點結(jié)論：1） 智能焊接機器人系統(tǒng)解決了客戶人工焊接的勞動強度高、生產(chǎn)率低、焊接質(zhì)量不一致等問題，將平地機后車架生產(chǎn)效率提高一倍，降低了工人的勞動強度以及操作技術(shù)的難度，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本；2） 機器人智能焊接技術(shù)解決了傳統(tǒng)示教型焊接機器人因來料尺寸精度誤差、組對誤差、各焊縫坡口間隙不一致造成設(shè)備無法滿足焊接要求的問題，節(jié)約客戶下料及組對配套設(shè)備成本。