智能制造與機(jī)器人焊接技術(shù)的集成與應(yīng)用

文/鄒俊 周正華

現(xiàn)階段，我國焊接機(jī)器人的的相關(guān)技術(shù)不斷得到突破，新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用使得焊接機(jī)器人的用途越來越廣泛。焊接機(jī)器人屬于工業(yè)機(jī)器人的范疇內(nèi)，最早應(yīng)用于電汽化生產(chǎn)，隨著新時(shí)期人工智能技術(shù)、軟件編程及數(shù)字化信息處理的應(yīng)用成果，焊接機(jī)器人逐漸應(yīng)用在多個(gè)工業(yè)自動化生產(chǎn)當(dāng)中，我國現(xiàn)階段的實(shí)踐案例和理論體系逐漸走向成熟，焊接機(jī)器人的使用性和功能性也逐步提升，為了發(fā)展智能制造，必須加強(qiáng)機(jī)器人焊接技術(shù)的可靠性，注重加工技藝提升，以提升產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)市場競爭實(shí)力。這些也從側(cè)面體現(xiàn)出現(xiàn)代焊接機(jī)器人在實(shí)際工作中的應(yīng)用和發(fā)展空間非常廣闊。高新應(yīng)用技術(shù)由此產(chǎn)生，該技術(shù)是將焊接工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)和識別技術(shù)、信息采集、處理和自動化控制等集合形成的，以推動現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)加工向智能制造方面的轉(zhuǎn)型，結(jié)合新時(shí)期自動化、智能化和信息數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)技術(shù)加強(qiáng)焊接技術(shù)的應(yīng)用與提升。

1 焊接機(jī)器人的發(fā)展方向

我國當(dāng)前機(jī)器人焊接技術(shù)在基礎(chǔ)應(yīng)用方面的技術(shù)以及成熟，焊接機(jī)器人種類繁多，如激光焊接機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人等。焊接機(jī)器人的發(fā)展方向主要由以下幾方面體現(xiàn)：

1.1 機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)

焊接過程對于動作的靈敏度反應(yīng)和精準(zhǔn)的定位度的要求非常高，所以，機(jī)器人輕巧方便是未來相關(guān)機(jī)構(gòu)在創(chuàng)造焊接機(jī)器人時(shí)的主要發(fā)展方向。機(jī)器人自身的機(jī)構(gòu)也正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，逐漸朝向可重構(gòu)、模塊化方向發(fā)展。

1.2 智能傳感技術(shù)

在焊接過程中其非常容易受到各種外界因素的影響，也就會對機(jī)器本身的產(chǎn)生變形的影響。傳統(tǒng)教式變成焊接主要內(nèi)容為“盲人式”機(jī)器人焊接，未來的發(fā)展也會為焊接機(jī)器人提供更多高效的感知能力。焊接機(jī)器人的感知能力和模擬感官尤其重要，能夠減少工作失誤，察覺焊接過程中的故障問題，及時(shí)進(jìn)行處理或斷電停工。這既是人工智能化控制的體現(xiàn)，也是提升焊接機(jī)器人技術(shù)可靠性和焊接工作質(zhì)量的重要保障。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理和信息化技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，焊機(jī)機(jī)器人作為電子集成控制的綜合產(chǎn)物，也必須要加強(qiáng)通訊技術(shù)設(shè)備，提升電子傳感器的應(yīng)用。機(jī)器人焊接并不屬于獨(dú)立的工作環(huán)節(jié)，它是整體數(shù)字化工廠系統(tǒng)中的重要組成部分。不僅是現(xiàn)代發(fā)展趨勢所驅(qū)，在機(jī)器主導(dǎo)的人工智能是未來社會的發(fā)展趨勢，加強(qiáng)機(jī)器人的功能性和實(shí)用性，提升對其的控制能力是智能制造的必然要求。

1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是機(jī)器人焊接通過數(shù)據(jù)變成和模擬空間進(jìn)行模擬性生產(chǎn)加工和焊接操作，以判斷焊接機(jī)器人的可靠性，優(yōu)化設(shè)計(jì)與功能，例如讓遙控機(jī)器人操作人員在距離作業(yè)場所較遠(yuǎn)的地方對機(jī)器人進(jìn)行操作。通過三維建模和模擬技術(shù)，利用傳感器和虛擬現(xiàn)實(shí)來實(shí)現(xiàn)與工業(yè)機(jī)器人的即時(shí)對接，檢驗(yàn)其生產(chǎn)工作效率及操作指令的完成度。

2 常規(guī)機(jī)器人焊接系統(tǒng)

機(jī)器人、焊接設(shè)備、工裝夾具等組成了機(jī)器人焊接基本系統(tǒng)?；诩夹g(shù)結(jié)構(gòu)組成的角度來看，可以將機(jī)器人焊接系統(tǒng)分為機(jī)器人與焊接、機(jī)器人與焊接生產(chǎn)線、機(jī)器人與焊接作業(yè)場所。

2.1 機(jī)器人與焊接

機(jī)器人與焊接是指基于機(jī)器人個(gè)體實(shí)現(xiàn)焊接工作自動化管理來說，綜合考慮機(jī)器人自身動作對焊接整體流程的控制。從機(jī)器人個(gè)體角度來說其屬于機(jī)器人系統(tǒng)中的執(zhí)行者，控制柜則是控制機(jī)器人整體系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，示教器則是機(jī)器人控制系統(tǒng)與操作人員之間互相交流紐帶，機(jī)器人的承重設(shè)備是固定其穩(wěn)定工作的載體。焊接電源作為焊接工作的能量來源，焊槍則是能量輸出的通道，焊絲盤架則是為焊接提供使用材料。

2.2 機(jī)器人與焊接工作場所

機(jī)器人與焊接工作場所從焊接整體過程完成效果來看，其屬于一個(gè)單獨(dú)的焊接工作結(jié)構(gòu)。其不僅作為機(jī)器人焊接工作中的重要組成部分，還是集合觸摸屏、工裝夾具、外部裝置控制系統(tǒng)、變?yōu)闄C(jī)構(gòu)以及吸塵裝置等重要環(huán)節(jié)。機(jī)器人工作場所主要的工作內(nèi)容在特定區(qū)域內(nèi)完成任務(wù)所需要的指標(biāo)和條件，對于焊接工作的要求設(shè)定要與機(jī)器人的性能具有一致性和協(xié)調(diào)性。

2.3 機(jī)器人與焊接生產(chǎn)線

機(jī)器人與焊接生產(chǎn)線主要是應(yīng)對機(jī)器人在焊接生產(chǎn)中自動化條件。機(jī)器人焊接工作場所為基礎(chǔ)，機(jī)器人工作場地就會逐漸增加，構(gòu)建成各種焊接工作場地組成生產(chǎn)線。對于焊接生產(chǎn)過程自動化來講，其內(nèi)容包含材料、零件準(zhǔn)備、組裝上料、焊接工作、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、下料分揀等數(shù)項(xiàng)工作，這一自動化生產(chǎn)線必須確保全過程無流程失誤和意外情況。這也就意味著焊接機(jī)器人的實(shí)際流水線不但要具備整體系，還必須要保障其各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)問題質(zhì)量。機(jī)器人與焊接生產(chǎn)場所的內(nèi)容就會更加復(fù)雜，必須確保生產(chǎn)流水線的協(xié)調(diào)性，分配常規(guī)流水線和故障流水線。當(dāng)生產(chǎn)加工或其他工作出現(xiàn)問題，則需要將其轉(zhuǎn)移至其他路徑，集中統(tǒng)一管理，不但有助于查找故障問題，而且能夠保證生產(chǎn)流水線正常進(jìn)行，不會影響進(jìn)度。自動化生產(chǎn)和智能控制的難點(diǎn)就在于對于意外情況的處理，要想保證焊接生產(chǎn)線無操作事故和特殊事件，就必須加強(qiáng)其機(jī)器人的緊急應(yīng)對措施。通過優(yōu)化機(jī)器人中心處理器的功能方案來保證生產(chǎn)線中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)水平和所有產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 智能焊接技術(shù)的集成與應(yīng)用

以下是以一個(gè)在機(jī)器人焊接技術(shù)中使用智能焊接工作模式的成功案例展開介紹，該案例采用智能焊接技術(shù)主要的目的就是實(shí)現(xiàn)中厚板組合焊接柔性化生產(chǎn)。客戶對于產(chǎn)生的類別、焊縫質(zhì)量、組件焊接位置和焊接安全性能等方面都有具體的指標(biāo)喲求，所以以下內(nèi)容就以使用單獨(dú)焊接工作模式在該項(xiàng)目中的應(yīng)用。

智能焊接站系統(tǒng)的主要組成：

智能焊接工作站的主要內(nèi)容包含機(jī)器人系統(tǒng)、焊接電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、變位機(jī)及工裝夾具，移動軌道、安全系統(tǒng)和排煙除塵系統(tǒng)等?；『笝C(jī)器人和操作員工之間要適用雙工位設(shè)計(jì)，機(jī)器人焊接要與操作人員形成上下攻堅(jiān)在各自崗位上進(jìn)行交替工作，這種方式的應(yīng)用可以加大的避免和減少機(jī)器人待機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

（1）機(jī)器人系統(tǒng)：使用ABB專用呼喊機(jī)器人，并且為其配置專業(yè)的水冷焊槍，同時(shí)韓強(qiáng)要自帶碰撞傳感器檢測，可以有效地為機(jī)器人在移動和焊接過程中對焊槍形成保護(hù)。

（2）焊接電源系統(tǒng)：焊接電源系統(tǒng)應(yīng)使用美國全數(shù)字焊機(jī)，這種焊機(jī)可以提供全面的焊接工藝，對于各種工件在工藝上的不同需求充分滿足。

（3）控制系統(tǒng)：控制器最好使用德國西門子PLC，這種控制器可以對整體系統(tǒng)中的主要元件進(jìn)行組織聯(lián)絡(luò)形成網(wǎng)絡(luò)通信，有效地控制系統(tǒng)整體自動化運(yùn)行，同時(shí)還能對各種成產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）變位機(jī)及夾具：變位機(jī)作為該項(xiàng)目系統(tǒng)的主要執(zhí)行工件，在變位機(jī)上安裝專用的工裝夾具，有利于對工件實(shí)現(xiàn)快速定位；變位機(jī)可以為可旋轉(zhuǎn)軸，為電機(jī)驅(qū)動提供服務(wù)，達(dá)到旋轉(zhuǎn)變換角度的精準(zhǔn)性。

（5）移動軌道：實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人整體位置快速移動的需求，實(shí)現(xiàn)焊接工件不同部位的焊接，進(jìn)而擴(kuò)大機(jī)器人工作范圍。

（6）排煙系統(tǒng)；焊接室的前后要布置能夠生姜的焊接幕簾，開展焊接工作時(shí)要與安全區(qū)域完全隔離，進(jìn)而阻擋焊接過程中各種光線對外部操作者的傷害；排煙系統(tǒng)最好采用高速電機(jī)控制高負(fù)壓進(jìn)行高效性的排煙，在焊接時(shí)產(chǎn)生的煙塵也能進(jìn)行有效凈化。

工業(yè)焊接技術(shù)是新時(shí)期的智能化產(chǎn)物，也是集自動化控制和人工智能技術(shù)應(yīng)用與一體的全新工作模式，大大提升了工業(yè)生產(chǎn)、制造和加工的工作水平與效率，加強(qiáng)了故障檢測和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)等多方面工作管理 。企業(yè)要發(fā)展智能制造，必須要兼具文化軟實(shí)力和技術(shù)設(shè)備硬實(shí)力，多重協(xié)調(diào)工作模式和生產(chǎn)制度，將企業(yè)高效的生產(chǎn)力和先進(jìn)的科研能力充分展現(xiàn)，鞏固在客戶心中的良好形象，加深客戶信賴，增強(qiáng)了企業(yè)的綜合競爭實(shí)力和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

總之，隨著我國工業(yè)改革步伐的快速推進(jìn)，我國社會工業(yè)發(fā)展也在不斷進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人焊接技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，也是現(xiàn)代化工業(yè)的必然趨勢。文章基于焊接機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展展開論述，重點(diǎn)介紹智能制造的發(fā)展要求。新時(shí)期信息技術(shù)革命引領(lǐng)的智能化、數(shù)字化應(yīng)用也廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)制造上，工業(yè)機(jī)器人融入智能、自動化控制系統(tǒng)能夠在一定程度上取代基層常規(guī)流水線的勞動力。焊接機(jī)器人作為工業(yè)生產(chǎn)、制造與加工的代表內(nèi)容之一，未來發(fā)展前景廣闊。為了推動工業(yè)智能制造的發(fā)展趨勢，不能只依靠單一內(nèi)容的提高，而是要注重全方面技術(shù)應(yīng)用的提升，才能促進(jìn)智能制造技術(shù)水平，希望在未來工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中能夠看到更多智能制造、智能焊接新技術(shù)、新應(yīng)用。