智能制造與機(jī)器人焊接技術(shù)的集成與應(yīng)用

田博學(xué) 顧凱

上海振華電氣集團(tuán)有限公司 上海 200125

焊接制造是一個(gè)非常復(fù)雜的生產(chǎn)過程，具有非平衡的冶金特點(diǎn)，焊接工藝參數(shù)決定了焊接接頭的產(chǎn)品質(zhì)量。為了保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量問題，需要對(duì)整個(gè)焊接的過程中做到有據(jù)可查，焊接設(shè)備生產(chǎn)廠家需要對(duì)整個(gè)焊接的生產(chǎn)工業(yè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行記錄，能夠方便快速地進(jìn)行查詢，對(duì)焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控，是整個(gè)焊接領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢。信息時(shí)代快速發(fā)展的大背景下，云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遍布世界的各個(gè)角落，這些技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間的互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)了人際交互。本文介紹一種基于云智能下的焊接管控大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)焊接的整個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證焊接的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)智能化管理。

1 智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢

1.1 智能化機(jī)器人焊接技術(shù)的特點(diǎn)

焊接機(jī)器人的智能技術(shù)結(jié)合了控制論，信息和傳感器技術(shù)，人工智能，結(jié)構(gòu)，仿生學(xué)，焊接技術(shù)等，最終形成了一項(xiàng)新技術(shù)。在大型水電元件中，智能機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用具有多層，多位置，多道次焊接的特點(diǎn)。機(jī)器人的智能焊接技術(shù)可以有效地解決空間復(fù)雜焊接，結(jié)構(gòu)元件復(fù)雜反轉(zhuǎn)，超密集板多層焊接質(zhì)量，運(yùn)動(dòng)干擾和窄空間機(jī)械手碰撞等問題。隨著多層多道次焊接技術(shù)，焊接技術(shù)，渦輪轉(zhuǎn)換仿真策略和機(jī)器人堆焊技術(shù)等領(lǐng)域的研究深入，電弧焊萬能機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于大型水電部件。

1.2 智能化機(jī)器人焊接的優(yōu)勢

焊接的質(zhì)量和效率更高：電力設(shè)備的大多數(shù)部件都是厚壁焊接結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量大，質(zhì)量要求高。智能機(jī)器人焊接的有效性比焊機(jī)高4倍，運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性和精度更高，焊縫規(guī)則相對(duì)穩(wěn)定。焊接質(zhì)量不影響焊工的工作環(huán)境和工作水平，波動(dòng)性低，可有效提高產(chǎn)品質(zhì)量[1]。它具有良好的操作條件的優(yōu)點(diǎn)。焊接機(jī)器人用于焊接薄板。操作非常簡單，只需要對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行組裝和調(diào)試，即可投入運(yùn)行，工作條件和性能更好。焊接機(jī)器人的生產(chǎn)力的優(yōu)勢。工人必須依靠焊接，焊接機(jī)器人可以連續(xù)生產(chǎn)24小時(shí)的板材，同時(shí)可以激活多個(gè)焊接機(jī)器人生產(chǎn)系列板材，大大提高了生產(chǎn)效率。操作更安全：在新時(shí)代，電力設(shè)備的功率不斷增加，高強(qiáng)度鋼在水電部件中的份額增加，因此焊接所需的預(yù)熱溫度也會(huì)增加。目前，許多需要焊接的工作條件具有約150攝氏度的溫度。在這種條件下工作會(huì)嚴(yán)重影響焊工的健康，并在一定程度上影響焊接質(zhì)量。智能焊接機(jī)器人可以在高溫下運(yùn)行，有效地提高了焊機(jī)的質(zhì)量和狀態(tài)，使焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定。

2 智能焊接技術(shù)的集成應(yīng)用

2.1 控制系統(tǒng)軟件單元的組成

控制系統(tǒng)使用PLC，人機(jī)界面（HMI），工具定位軸，機(jī)器人的移動(dòng)外軸，ABB弧焊機(jī)器人系統(tǒng)，電焊機(jī)系統(tǒng)和氣缸連桿閥組件連接?？刂齐娐纺壳坝糜诠I(yè)通信工程。穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)架構(gòu)。作為主控制器，PLC負(fù)責(zé)移動(dòng)伺服軸，控制安裝缸和協(xié)調(diào)焊接機(jī)器人的工作。HMI觸摸屏用于選擇產(chǎn)品過程，監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)將設(shè)備狀態(tài)傳送到主機(jī)?？刂葡到y(tǒng)。由于該系統(tǒng)的創(chuàng)建，公司的生產(chǎn)部門進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，成為自動(dòng)化，智能化，計(jì)算機(jī)化和各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的亮點(diǎn)項(xiàng)目。

2.2 復(fù)雜曲面焊接成型技術(shù)

復(fù)雜曲面焊接成型技術(shù)主要是把離線編程和冷弧焊新技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，其在沖擊式轉(zhuǎn)輪焊接中的應(yīng)用較為廣泛。沖擊式轉(zhuǎn)輪的幾何型線較為復(fù)雜。目前，國際上最為先進(jìn)的沖擊式轉(zhuǎn)輪制造技術(shù)是瑞士蘇爾壽公司，并且我國大部分沖擊式轉(zhuǎn)輪水斗都是依靠進(jìn)口。把高橋電站水斗制造作為契機(jī)，通過新型的制造工藝，主要有自動(dòng)焊接水斗技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)，從而提升水斗制造的效率和質(zhì)量，減少制造的成本。在制作沖擊式轉(zhuǎn)輪時(shí)，可以通過復(fù)雜曲面焊接成型技術(shù)，制作過程為：通過數(shù)控加工技術(shù)，把轉(zhuǎn)輪的輪盤和水斗的根部，運(yùn)用整塊不銹鋼全段件進(jìn)行制作，然后通過焊接機(jī)器人全自動(dòng)逐層堆焊水斗的前端，最后經(jīng)過數(shù)控加工進(jìn)行鏟磨和拋光，使水斗形成最終翼型[2-3]。

2.3 異行曲面定量堆焊技術(shù)

異形曲面定量堆焊技術(shù)，可以在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上減少焊接的成本。因?yàn)樗姰a(chǎn)品中部分部件由于特殊的服役工況，一般情況下都需要具有表面耐磨耐蝕的特征，需要在普通材料的集體表面上，堆焊具有一定厚度的高性能材料。并且，需要在指定的區(qū)域內(nèi)，大部分都為異形曲面進(jìn)行定量堆焊。目前，異形曲面定量堆焊技術(shù)在轉(zhuǎn)輪體和貫流式機(jī)組導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)合各個(gè)類型的機(jī)器人工作站與曲面的適應(yīng)性與焊接、加工需求，把離線編程和示教編程以及快速成型技術(shù)、不銹鋼堆焊工藝進(jìn)行結(jié)合。轉(zhuǎn)輪體是由法蘭和球面組成的，轉(zhuǎn)輪體的表面堆焊主要是為了耐磨，在堆焊時(shí)，要保證全表面不銹鋼厚度為15毫米，球面由于有5個(gè)開孔，而形成了異形曲面，其堆焊量超過50%。

3 結(jié)語

控制系統(tǒng)使用PLC，人機(jī)界面（HMI），工具定位軸，機(jī)器人的移動(dòng)外軸，ABB弧焊機(jī)器人系統(tǒng)，電焊機(jī)系統(tǒng)和氣缸連桿閥組件連接。控制電路目前用于工業(yè)通信工程。作為主控制器，PLC負(fù)責(zé)移動(dòng)伺服軸，控制安裝缸和協(xié)調(diào)焊接機(jī)器人的工作.HMI觸摸屏用于選擇產(chǎn)品過程，監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)將設(shè)備狀態(tài)傳送到主機(jī)?？刂葡到y(tǒng)。由于該系統(tǒng)的創(chuàng)建，公司的生產(chǎn)部門進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，成為自動(dòng)化，智能化，計(jì)算機(jī)化和各種先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的亮點(diǎn)項(xiàng)目。