機(jī)器人在焊接作業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來趨勢分析

楊 文

（湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410000）

0 引言

近幾年，我國的科技技術(shù)取得了較好發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)中也逐漸向智能化、科技化、自動化的方向發(fā)展。焊接技術(shù)在結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的過程中屬于一種基礎(chǔ)工藝，焊接技術(shù)隨著科技的不斷發(fā)展，已由最初的手工焊接、半自動焊接發(fā)展至現(xiàn)在的機(jī)器人焊接，工藝日漸成熟。 焊機(jī)機(jī)器人的應(yīng)用，極大的提升了工程的生產(chǎn)效率，為焊接工人提供了良好的工作環(huán)境，有效提升了焊接生產(chǎn)的水平和質(zhì)量[1]。

1 焊接機(jī)器人概述

焊接機(jī)器人顧名思義就是由焊接設(shè)備、 機(jī)器人兩部分構(gòu)成，通過遠(yuǎn)程操控機(jī)器人實(shí)施焊接技術(shù)，可不受周邊環(huán)境的影響，有效避免了環(huán)境、溫度對人工作業(yè)的影響。焊接在機(jī)械制造中具有十分重要的地位，對設(shè)備的安全、穩(wěn)定有著重要的影響，焊接機(jī)器人也屬于工業(yè)機(jī)器人，將焊鉗、焊槍安裝在機(jī)器人的末軸處，使機(jī)器人具備切割、焊接的技能[2]。

在工業(yè)生產(chǎn)制造中應(yīng)用焊接機(jī)器人還具備幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，機(jī)器人的工作狀態(tài)較為穩(wěn)定，有效提升焊接的水平和質(zhì)量， 只要在前期的規(guī)劃工作中，將焊接機(jī)器人工作的內(nèi)容和焊縫軌跡進(jìn)行規(guī)劃，就可以保證其在不斷電的狀態(tài)下能穩(wěn)定工作。 第二，機(jī)器人在工作狀態(tài)穩(wěn)定的同時， 還能有效提升工作效率，我們常說“像個機(jī)器人一樣工作”，焊接機(jī)器人開始運(yùn)行工作時， 能保持高效的工作效率， 可以24 小時工作，避免時間的浪費(fèi)。第三，有效改善了工人的工作條件，機(jī)器人對工作的環(huán)境要求較低，完全能夠在人無法工作的環(huán)境條件下依舊保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 同時，焊接機(jī)器人也存在一定的缺點(diǎn)，第一，在前期，應(yīng)充分準(zhǔn)備好焊接作業(yè)所需的技術(shù)條件，如果出現(xiàn)異常情況，機(jī)器人就會停止工作，對生產(chǎn)制造造成不利影響。 第二，焊接機(jī)器人的日常維護(hù)、養(yǎng)護(hù)工作較為復(fù)雜、繁瑣，不僅需要對機(jī)械、電氣方面進(jìn)行維護(hù)，還需要對預(yù)設(shè)的操作系統(tǒng)等一些軟件進(jìn)行維護(hù)， 而且，機(jī)械方面出現(xiàn)故障比較容易解決， 但是系統(tǒng)上出現(xiàn)bug就會嚴(yán)重影響機(jī)器人穩(wěn)定的工作狀態(tài)，情況嚴(yán)重時還會出現(xiàn)宕機(jī)的現(xiàn)象[3]。

2 焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 工作站

工作站主要是指焊接工藝較為簡單，焊接機(jī)器人的位置是固定的，只需將焊接機(jī)器人在工作臺上固定好，通過傳輸設(shè)備將所用的焊接工件傳輸?shù)胶附游恢蒙?，通常這種傳輸設(shè)備也會選擇用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行操作。一些較為簡單的工件的變位也可以選擇采用移位機(jī)器人對變位機(jī)進(jìn)行移位操作，以此來保障焊接工藝能夠流暢的進(jìn)行銜接。 對大型的、復(fù)雜的焊接工藝就需要通過流水線將焊接流程進(jìn)行分類處理，通過多臺焊接機(jī)器人互相配合進(jìn)行焊接作業(yè)，這種也稱作生產(chǎn)線， 焊接機(jī)器人的工作站性質(zhì)主要分為以下幾類：第一類，箱體工作站。 此類工作站使用焊接機(jī)器人主要對一些生產(chǎn)量較大、質(zhì)量尺寸要求較高的箱柜行業(yè)中的箱體進(jìn)行焊接，比如保險箱、保險柜、大型的集裝箱等[4]。第二類，不銹鋼透氣室工作站。主要是對不銹鋼進(jìn)行焊接， 因?yàn)樵趯Σ讳P鋼進(jìn)行焊接的過程中常常會出現(xiàn)不銹鋼受熱后發(fā)生變形的現(xiàn)象， 因此就需要采取激光焊接技術(shù)對其進(jìn)行焊接，比如對激光發(fā)射器、激光掃描跟蹤設(shè)備、水冷設(shè)備等的焊接，對一些需要變位的焊接位， 還應(yīng)采用移位機(jī)器人或變位機(jī)進(jìn)行操作。 第三類，軸類工作站。 主要為一些專門生產(chǎn)低壓電器的行業(yè)所需要的萬能式斷路器的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行焊接研發(fā)的焊接機(jī)器人，所需要的設(shè)備有焊接機(jī)器人、移位機(jī)器人、焊槍和控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)階段，在一些電力、電氣等需要用到精密度較高的轉(zhuǎn)軸中廣泛用到此類工作站，對人工焊接技術(shù)相比較， 軸類焊接機(jī)器人的生產(chǎn)效率高、精密度較高。 第四類，水下焊接的工作站。 近幾年，水下工程的發(fā)展較為迅速，有許多的機(jī)械設(shè)備都需要在水下進(jìn)行焊接和安裝，針對這一問題，采用特殊材料研發(fā)出了可以在水下或是其他一些人工無法進(jìn)行焊接安裝的焊接機(jī)器人進(jìn)行工作。

2.2 生產(chǎn)線

生產(chǎn)線主要是將具有不同功能的焊接機(jī)器人，依據(jù)流水線作業(yè)的方式將其進(jìn)行連接， 以此讓上下 （前后）焊接工序能夠有效的銜接在一起，各個點(diǎn)位的機(jī)器人只需要承擔(dān)一種焊接工藝，各司其職，通過傳輸設(shè)備將需要進(jìn)行焊接的工件傳送至焊接工序點(diǎn)進(jìn)行焊接。采用生產(chǎn)線這種焊接方式不僅能夠在很大程度上減少人力成本的投資，還可以確保長時間穩(wěn)定工作，僅僅只用投入一小部分的精力對生產(chǎn)線上的所有設(shè)備進(jìn)行維護(hù)即可。通常生產(chǎn)線主要是應(yīng)用在汽車的制造過程中?，F(xiàn)階段， 全世界大部分的汽車制造都已形成了規(guī)模較為完善的自動化生產(chǎn)線， 對車身的鋼架框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接都已全部由焊接機(jī)器人進(jìn)行替代。 在日本的豐田汽車公司中，這一模式發(fā)展的最為成功，該公司最早是采用電焊機(jī)器人進(jìn)行焊接，不僅有效增強(qiáng)了焊接質(zhì)量，還提升了汽車生產(chǎn)的工作效率， 大大縮短了成品的制造時間，在極短的時間內(nèi)迅速占領(lǐng)了我國汽車市場，在這之后，德國、美國等一些汽車制造大國也開始紛紛在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用焊接機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)制造。當(dāng)前，我國國內(nèi)的汽車品牌如哈弗、傳祺和奇瑞等也已開始在汽車制造中應(yīng)用焊接機(jī)器人生產(chǎn)線， 有效地提升了我國國產(chǎn)汽車的生產(chǎn)質(zhì)量， 在近幾年中也逐漸獲得了消費(fèi)者的認(rèn)同和好評。

3 焊接機(jī)器人發(fā)展趨勢

3.1 對焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化

當(dāng)前，大部分投入使用的焊機(jī)機(jī)器人其控制系統(tǒng)都是預(yù)先設(shè)計(jì)好的，通過電子計(jì)算機(jī)的終端對機(jī)器人的焊接工藝進(jìn)行控制和操作。而預(yù)先設(shè)計(jì)好的操作控制系統(tǒng)無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操控或者是離線更改，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，或者是系統(tǒng)本身出現(xiàn)bug，就會使整個生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。 因此，未來的焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)，主要是向智能化、模塊化的方向發(fā)展，最終達(dá)到能夠遠(yuǎn)程操控、離線編程的目的。

3.2 焊接機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信功能

現(xiàn)階段，大部分使用的焊接機(jī)器人都是單機(jī)工作的，缺少網(wǎng)絡(luò)鏈接技術(shù)應(yīng)用，機(jī)器人缺少網(wǎng)絡(luò)控制的功能，因而只能是進(jìn)行單一的、重復(fù)的工作。 目前，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展處于日新月異的狀態(tài)，因此，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)化，具有較大的發(fā)展前景，在焊接機(jī)器人中連接網(wǎng)絡(luò)也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控的目的，具有十分重要的意義。

3.3 對焊接機(jī)器人的操作結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

在最初，研發(fā)焊接機(jī)器人就是為了焊接工藝設(shè)立的，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)較為單一化，無法在其他方面充分應(yīng)用。而在未來，隨著智能化的機(jī)器人的出現(xiàn)，將會取代傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單一的焊接機(jī)器人，因此，在焊接機(jī)器人的操作結(jié)構(gòu)上，應(yīng)加大研發(fā)力度，改變其單一化的結(jié)構(gòu)模式。

3.4 焊接機(jī)器人的傳感技術(shù)

在焊接機(jī)器人進(jìn)行工作時，傳感器發(fā)揮了巨大的作用，通過傳感器，可以控制焊接機(jī)器人的工作位置、工作速度等，同時，為了確保部分焊接點(diǎn)位的精確度，還會在焊接機(jī)器人上配備壓力傳感器、 激光傳感器等。 但是這些傳感器在惡劣的環(huán)境下，無法精確的確定焊接點(diǎn)位，具有一定的誤差。因此，在未來的焊接機(jī)器人中，傳感技術(shù)會從聲覺、觸覺、視覺等偏向于人類功能的發(fā)現(xiàn)發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，在目前的工業(yè)制造過程中，焊接機(jī)器人的應(yīng)用具有十分顯著的效果，特別是在汽車制造等方面，焊接機(jī)器人技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，在未來的發(fā)展過程中，人工智能化、環(huán)?；呛附友邪l(fā)焊接機(jī)器人的主要發(fā)展方向， 對焊接機(jī)器人的操作結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效地提升焊接機(jī)器人的工作效率和工作質(zhì)量，使自動焊接技術(shù)的發(fā)展邁入一個新的里程。